автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка технологии гранульной металлургии комбинированных деталей для двигателей ракетно-космической и авиационной техники

На правах рукописи УДК 669 14 018 44

Логачева Алла Игоревна

Разработка технологии гранульной металлургии комбинированных деталей Д1Я двигателей ракетно-космической и авиационной техники

Специальность 05 07 05 - «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки

летательных аппаратов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008 г

003444737

Работа выполнена в ОАО «Композит»

Научный руководитель-

доктор технических наук, профессор

Логунов Александр Вячеславович

Официальные оппоненты

доктор технических наук профессор Фаткуллин Олег Хикмегович

кандидат технических наук

Майоров Вячеслав Ренатович

Ведущая организация

ФГУП ММПП «Салют»

Защита диссертации состоится « ^ » 2008 года в часов на заседании

диссертационного совета Д 212 125 08 при Московском государственном авиационном институте

по адресу 125993, Москва А- 80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан « г' ? » им/1 А 2008 года

Справки по телефону

Ученый секретарь диссертационного совета, Профессор, д т н

ЮВ Зуев

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Авиационные двигатели 5 - 6-го поколений должны обеспечивать существенное улучшение летных характеристик перспективных летательных аппаратов Это предполагается достигнуть за счет повышения параметров рабочего процесса и снижения веса конструкции Двигатели 4-го поколения, являясь продуктом реализации напряженных национальных программ ведущих авиационных держав мира, уже имеют чрезвычайно высокие параметры цикла и достаточно легкую конструкцию, поэтому дальнейшее движение в этом направлении сопряжено с решением крупных научных, технологических и материаловедческих проблем Создание авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) 5-го и 6-го поколений, обеспечивающих увеличение удельной тяги (К/в двигателя) с 8 (двигатели АЛ31Ф, РД 33) до 10 (5-го поколения) и 15-20 (6-го поколения), температуры газа перед турбиной с 1700К до 1900-2300К, связаны в первую очередь с разработкой принципиально новых конструкций, обеспечивающих большую долговечность и надежность, а также созданием материалов и технологий, существенно повышающих температурную работоспособность деталей- узлов, что отличает их от используемых конструкций 4-го поколения

Возрастают требования и появляются новые критерии и в области создания теплонагруженных деталей нового поколения ракетно-космической техники (РКТ) -увеличение рабочих температур материала горячих узлов РКТ, (в частности -турбонасосного агрегата (ТНА) - с 900-1000К до 1300-1600К), рост долговечности и способности двигателя надежно сохранять характеристики в течение продолжительного срока службы

Таким образом, развитие современной техники требует создания изделий обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками в условиях сложного высокотемпературного нагружения, воздействия агрессивной среды, износа, которые весьма эффективно могут быть получены методами металлургии гранул

К настоящему времени легирование сплавов с целью улучшения прочностных показателей (долговечность при более высоких нагрузках и температурах, малоцикловая усталость и др) достигло такого предела, что получение из них качественных штампованных заготовок становится трудновыпотаимым или вообще невозможным

Усложнение легирования жаропрочных сплавов и связанное с этим снижение пластичности слитков, ухудшение их деформируемости вызвано уменьшением эффективности гомогенизации (поскольку усиливается дендритная и зональная неоднородность слитка, возникают поры и трещины), сужением оптимального температурного интервала деформируемости, а также самого показателя деформируемости Указанные факторы являются причиной повышения расхода дорогостоящего металла и трудоемкости производства

Металлургия гранул, сочетающая затвердевание расплава в виде микрослшков-гранул с высокой скоростью охлаждения (]04-105 град/с) с их последующей консолидацией (в том числе горячим изостатичесхим прессованием) и с достижением плотной беспористой структуры, позволяет избежать указанных недостатков

При этом технология металлургии гранул инвариантна к сложности, как химического состава сплава, так и конфигурации заготовок деталей Все зависит лишь от совершенства конструкции капсулы, проектируемой с помощью специальных методов расчета

Такая технология обеспечивает не только получение жаропрочных сплавов с высоким содержанием легирующих элементов, (поскольку дает возможность осуществления гораздо

более глубокого диспергирования фззовых и структурных составляющих и резкого снижения уровня дендритной ликвации), но и позволяет осуществлять твердофазное соединение разнородных материалов с плавным переходом одного химического состава в другой и со свойствами зоны соединения не ниже, а в ряде случаев и выше, чем у основных материалов

К несомненным достоинствам метода металлургии гранул следует отнести также возможность изготовления нетго-деталей весьма сложной конфигурации, с минимальной механической обработкой Детали практически такие же, как в случае литья по выплавляемым моделям Это обеспечивает снижение расхода ценных шихтовых материалов в 2-3 раза, повышение КИМ с 0,05-0,2 до 0,4-0,8, уменьшение трудоемкости изготовления деталей в 1,5-3,0 раза и соответственно снижение себестоимости готовых изделий При этом основные механические характеристики превышают свойства материала, полученного традиционной технологией Кроме того, детали по сечению обладают мелкозернистой структурой и изотропными свойствами, что имеет решающее значение, поскольку разрушение происходит в первую очередь в местах наиболее высокого нагружения или в объемах, обладающих наименьшей прочностью

По темпам развития рост мирового производства гранульных материалов превышает 10% в год

ГИП одновременно применяется для изготовления деталей, используемых в энергетике, реактивных двигателях, для производства биметаллических деталей или деталей с градиентным составом, а также деталей, получаемых методом диффузионной сварки Так фирма Boeing рассматривает возможность использования в Boeing RS-83 никелевого сплава (Inconel 625) для корпуса турбины, который весит 163 кг Предполагается, что другие детали, произведенные методами порошковой металлургии (ПМ) и ГИП для Boeing RS-83, будут иметь вес до 500 кг

Перспективность производства в указанной области связывают с активизацией решения проблем дальнейшего повышения качества и уровня механических свойств специальных пресс-изделий, расширения их номенклатуры, а также увеличения производительности и снижения энергозатрат

Цель представленной работы Разработка материалов и технологий получения сложных комбинированных деталей- узлов, обеспечивающих создание двигателей авиационной и космической техники новых поколений на базе активного развития методов и процессов гранульной металлургии высокожаропрочных никелевых сплавов

ЗАДАЧИ РАБОТЫ

• - создание научных основ, разработка технологии и апробация сложных комбинированных узлов из разных жаропрочных сплавов и сталей

- типа «Ротор» ( стальной вал - гранульный диск- гранульные лопатки) для двигателя РКТ малой тяги, обеспечивающих увеличение КИМ на 20-30%, снижение трудоемкости изготовления в 1,5-2 раза,

- типа «Барабан» - цельносварного ротора компрессора высокого давления (КВД) взамен болтового соединения, что позволит снизить вес компрессора на 15-20%, уменьшить уровень вибраций и существенно повысить надежность,

• получение качественных мишеней для нанесения жаростойких и коррозионностойких покрытий на основе интерметаллида Ni3Al с высоким содержанием иттрия для рабочих и сопловых лопаток современных ГТД,

• разработка и оптимизация высокожаропрочного свариваемого гранульного никелевого сплава, не имеющего аналогов,

• усовершенствование технологии гранульной металлургии, включая разработку методики и прибора контроля качества гранул,

• исследование структуры и свойств материала комбинированных деталей

Научная новизна

• Развиты научные основы разработки и оптимизации состава свариваемого гранулированного жаропрочного сплава АЖК с использованием метода интеллектуальной инженерии.

• Определены комплексные технологические подходы к совершенствованию технологии гранульной металлургии получения сложных комбинированных деталей из никелевых жаропрочных сплавов с целью обеспечения повышенного качества заготовок

• Предложена инновационная технология изготовления мишеней для высококачественных покрытий из интермсталлидов никеля на детали ответственного назначения

На защиту выносятся

1 Усовершенствованная технология гранульной металлургии получения сложных комбинированных деталей ответственного назначения из никелевых жаропрочных сплавов

2 Комплексная технологическая линия и модернизированный процесс получения высококачественных заготовок методом металлургии гранул

3 Обоснованный оптимизированный состав свариваемого гранулированного жаропрочного никелевого сплава АЖК

4 Инновационная технология изготовления мишеней для высококачественных покрытий из интерметаллидов системы никель- алюминий с высоким содержанием иттрия

5 Результаты металловедческих и прочностных исследований влияния усовершенствованной технологии на микроструктуру и механические свойства гранулированных жаропрочных никелевых сплавов ЭП741НП и АЖК

Практическая ценность представленной работы заключается в том, что

• разработанная комплексная технология получения высококачественных заготовок деталей сложной формы из жаропрочных никелевых сплавов, в том числе комбинированных, обеспечила возможность выполнения одного из направчений НИОКР Федеральной целевой программы «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на 200720 Юг г. и на период до 2015 года»

• Разработан оптимизированный состав свариваемого гранулированного никелевого жаропрочного сплава (положительное решение по заявке № 2006124236/02(026285) от 05 12 2007) и принято решение об его опробовании ФГУП ММПП «Салют» в рамках реализации программы «План - график изготовления демонстратора сварного барабана КВД (ВУ01-2070)» №01 66 2865

• Проведено опробование дисков из сплава ЭП741НП на СМК, полученных по усовершенствованной технологии, получен прирост по всем прочностным характеристикам на 15-20%

• Изготовлена и опробована комбинированная модель демонстратора КВДШ из сплавов ЭП741НП и АЖК на предприятии ФГУП ММПП «Салют»

• Изготовлены методом металлургии гранул и опробованы мишени СДП-1 и СДП-2 на ММПП «Салют» и МППО им В В Чернышева Получено положительное техническое заключение по исследованию качества покрытий на ФГУП ММПП «Салют», Разработанная технология положена в основу «Технических условий» ТУ № 1732-409-56897835-2007

«Заготовки катодов, изготовленных из сферических гранул методом горячего изостатического прессования (ТИП)» Работа ОАО «Композит» совместно с ООО «Комметпром» по созданию технологии, разработке и организации производства гранульных мишеней для нанесения покрытий награждена серебряной медалью «Металл-Экспо» в 2006 году

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на 24-й и 25-й Международных конференциях «Композиционные материалы в промышленности» Ялта, Крым, 2005, 4-й Международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях», Жуковка, Крым, 2006, 4-й и 5-й Московских Международных конференциях «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов, (ТПКММ), МГУ, Москва, 2005-й и 2007, ГИП - 2005 (International conference on hot isostatic pressing Pans, May 22-25, 2005), 2-й Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериапов», ИМЕТ им А А Байкова РАН, Москва, 2007, 6-й Международной конференции «Авиация и космонавтика», МАИ, Москва, 2007, 10-й европейской конференции ЕВРОМАТ- 2007 (EUROMAT -2007), Нюрнберг, Германия, 10-13 сентября 2007

Разработанная нами технология получения комбинированного изделия ответственного назначения в виде диска + вала + лопаток отмечена грамотой на международной конференции ГИП - 2005 (International conference on hot isostatic pressing Pans, May 22-25, 2005)

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы подтверждена 5-ю патентами РФ, 9 статьями и тезисами в научно-технических журналах и сборниках

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, содержит 149 страниц, в том числе включает 135 страницы машинописного текста, библиографический список из 142 наименований литературных источников, 47 рисунков, 15 таблиц и 4 приложений

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определено направление исследований и сформулированы основные положения, выносимые автором на защиту

В первой главе выполнен анализ состояния и перспектив использования металлургии гранул для получения заготовок и деталей двигателей ракетно-космической и авиационной техники

Жаропрочные никелевые сплавы и сегодня остаются основным материалом для производства наиболее ответственных деталей газотурбинных и ракетных двигателей, а также установок для газоперекачки, энергетики и др

Непрерывное повышение жаропрочности и соответственно усложнение состава сплавов привело к тому, что получение из них заготовок, крыльчаток, рабочих колес, дисков, валов и др деталей оказалось весьма проблематичным

Гранульная металлургия явилась той технологией, которая обеспечила эффективное использование в конструкциях современной техники нового поколения высокожаропрочных деформируемых никелевых сплавов

Технология гранульной металлургии обеспечила • минимальную дендритную и зональную ликвацию, что в свою очередь позволило реализовать высокий уровень равномерности механических характеристик во всех объемах деталей,

• существенное улучшение деформируемости материалов (при этом в раде технологических процессов деформировать материал не требуется, поскольку возможным становится получение деталей окончательных размеров - изготовление нетто-деталей весьма сложной конфигурации),

• лучшую обрабатываемость механическим инструментом, что существенно снизило трудозатраты, связанные с производством двигателей,

• возможность получать целиком сложные узлы, которые ранее изготавливали путем производства отдельных деталей и соединения их сваркой или другими способами При этом различные элементы указанных узлов могут быть выполнены из разных (в наиболее высокой степени отвечающих их функциональному назначению) материалов

• Получение

- крупногабаритных заготовок, близких по форме к конечной детали,

- деталей принципиально нового типа (диски переменного легирования, диски, включающие литые и гранульные части и т п )

Значительная заслуга в становлении и развитии гранульной металлургии России принадлежит ВИЛСу и его крупным ученым - А Ф Белову, Н Ф Аношкину, Г С Гарибову, В Н Самарову, О X Фаткуллину, В Я Кошелеву и др, в научных лабораториях КБХА (г Воронеж) и «Композит» (г Королев ) также получен ряд новых интересных решений (В И Холодный, И М Алипатов, Ю И Пономарев, М А Голуб, Т И Бармина, Н В Кисте, С Ф Маринин и др)

При этом весьма актуальным является развитие работ по созданию методом металлургии гранул крыльчаток из жаропрочного никелевого сплава со стальным валом (детали типа «Ротор») Вал, как известно, работает при гораздо более низкой температуре, при которой высокая прочность вполне может быть обеспечена сталью Реализация указанного фактора позволяет не только повысить качество, но и существенно снизить стоимость таких узлов (25-30%)

Еще одним весьма перспективным направлением технологии производства заготовок с функционально-градиентными свойствами для газотурбинных двигателей нового поколения является создание цельносварного ротора компрессора высокого давления - КВД

Технология получения комбинированных заготовок будет использована при создании двигателей нового поколения

Таким образом, металлургия гранул является прогрессивной технологией, позволяющей получать детали сложной формы с высоким качеством материала, практически не подвергаемые крайне трудоемкой и дорогостоящей механической обработке, и именно это решающее обстоятельство определяет главные направления ее развития на современном этапе

Развитие указанного направления требует решения следующих научно-технических и практических проблем

1 усовершенствование технологии гранульной металлургии с целью обеспечения повышенного качества заготовок

а) доработка установки УЦР-4 для производства высококачественных гранул,

б) усовершенствование установки рассева и магнитной сепарации,

в) повышение качества контроля гранул с помощью разработки нового поколения прибора технического зрения

2 Разработка новых технологий, включая оптимизацию режимов термической обработки, сложных комбинированных деталей из разных жаропрочных никелевых сплавов, а также сплавов и сталей

- крыльчатки из гранулированного сплава ЭП741НП, соединенной с валом из стали 07X16Н6 (детали типа «Ротор») применительно к ЖРД РКТ;

- комбинированных деталей типа «Барабан» ответственного назначения из сплавов ЭП741НП - АЖК применительно к перспективным ГТД 5-го поколения.

3 Развитие металловедческих основ свариваемости и оптимизация состава свариваемого гранулированного жаропрочного никелевого сплава типа АЖК.

4 Осуществление металлофизических исследований и механических испытаний комбинированных деталей.

5 Разработка инновационной технологии получения мишеней для высококачественных покрытий из интерметаллидов никеля на детали ответственного назначения методом металлургии гранул.

Во второй главе рассмотрено совершенствование технологии гранульной металлургии с целью обеспечения повышенного качества заготовок.

Значительный объем работ в области создания технологии и развития методов гранульной металлургии осуществлен в России, в первую очередь в ВИЛСе.

Вместе с тем успешное использование технологии гранульной металлургии требует дополнительного решения ряда проблем, определенным образом влияющих на уровень получаемых эксплуатационных характеристик.

Как известно, основными элементами технологической цепи гранульной металлургии являются:

• распыление жидкого сплава (металла) или его диспергирование;

• рассев гранул;

• сепарация и очистка гранул от металлических и неметаллических включений;

• дегазация гранул, засыпка и их герметизация в капсулах;

• компактирование, штамповка и прессование.

Рассмотрим поэтапно каждый из этих элементов с целью выявления и реализации возможности повышения качества изготавливаемого продукта. В данной работе был осуществлен комплексный подход, сочетающий модернизацию имеющегося оборудования и совершенствования технологии, для максимально возможного повышения качества продукции гранульной металлургии.

Получение гранул

В настоящее время в практике используются два способа получения гранул:

• газоструйное распыление жидкого металла, (рисунок 1);

• центробежное плазменное распыление быстровращающегося электрода, (рисунок 2).

Рисунок 1 -Гранулы газоструйного Рисунок 2- Гранулы центробежного

распыления распыления

Как известно, при газоструйном распылении жидкий металл получают путем расплавления в керамическом тигле индукционной печи. И хотя сегодня существуют методы фильтрации жидкого металла, позволяющие заметно снизить в нем содержание неметаллических включений, все-таки их содержание в получаемых гранулах оказывается

выше, чем в случае плазменного распыления вращающегося электрода, при производстве которого используют двойной вакуумный переплав (ВИ + ВДП, ВИ +ЭШП, ВИ + ЭЛП), таблица 1.

Таблица 1 - Количество неметаллических включений в гранулах при различных технологиях выплавки

Технология выплавки ВИ ВИ + ВДП ВИ+ЭШП ВИ + ЭЛП

Количество неметаллических включений, шт/кг 153-328 84-136 60-81 32-38

Кроме того, при распылении жидкого металла в аргоне он захватывается образующимися гранулами в результате захлопывания разлетающихся капель, что приводит к образованию внутригранульной пористости, отрицательно влияющей на механические характеристики скомпактированного материала. Поэтому при такой схеме особенно важным является использование мелких гранул, которые в силу условий их образования имеют существенно меньшую пористость. Однако использование более мелких гранул приводит к снижению выхода годного материала и к удорожанию процесса.

Для получения гранул в ОАО «Композит» применяется технология центробежного распыления плазмой быстровращающегося электрода на установках УЦР (Рисунок 3).

Установка обеспечивает вращение электрода со скоростями до 18xlOJоб/мин. Для достижения таких скоростей необходимо предварительно подготавливать поверхности электродов. Такие скорости позволяют получать не менее 50 % гранул размером не более 105 мкм, что в целом соответствует мировым показателям.

Рисунок 3 - Установка центробежного распыления УЦР- 4

Рисунок 4 - Гранулы сплава ЭП741НП

Рисунок 5- Гранула с внутренней _керамической частицой

Получаемые гранулы (Рисунок 4) имеют сферическую поверхность. На некоторых гранулах (Рисунок 5) видны выходящие на поверхность керамические частицы, не превышающие по размеру 10 мкм. Проведенный анализ показал, что реальное количество керамических частиц в гранулах не превышает 4-6шт/кг.

Как известно, основными вредными компонентами в гранульных материалах являются неметаллические включения и повышенное содержание кислорода.

Для снижения концентрации кислорода в ОАО «Композит» разработаны и реализованы следующие технологические приемы:

- так же, как и в ВИЛСе, ОАО КБХА осуществляется прогрев в процессе вакуумирования стенок камеры, предварительно очищенной от возгонов, горячей водой, имеющей температуру 80-90°С, что позволило заметно снизить уровень влаги в атмосфере распыления камеры УЦР и уменьшить остаточную концентрацию кислорода на 20-30% При этом отличием от уже существующих таких систем является использование современных стандартных водонагревателей, которые не только имеют высокие показатели по скорости и температуре нагрева, но и позволяют автоматизировать данный процесс Также надо отметить, что такой подход наряду с высоким качеством проведения данного технологического мероприятия, обеспечивает его низкую себестоимость

- дополнительная очистка остаточной атмосферы в камере от примесей кислорода и влаги путем распыления при сравнительно небольших оборотах первого электрода При этом окисленные в результате взаимодействия с остатком кислорода и влаги первые фракции гранул выводятся из установки

Остаточное содержание кислорода в полученных заготовках составляет 0,001- 0,004% мае, что существенно меньше по сравнению с показателем (0,007%), указанным в действующих технических условиях

Этому способствуют, кроме перечисленных выше операций, следующие мероприятия

- реализация двойного вакуумного переплава при производстве слитков-электродов,

- доработка вакуумной системы установки центробежного распыления,

- снижение концентрации адсорбированного поверхностями гранул кислорода путем их термической дегазации в вакууме перед засыпкой в капсуле

Изготовление электродов по схеме (ВИ+ВДП) обеспечивает значительное повышение их качества - содержание азота снижается в 1,2 раза, а кислорода - в 2,3 раза Поэтому именно такая схема выплавки слитков-электродов в настоящее время принята в ОАО «Композит» в качестве основной

В установке УЦР используется плазмотрон коаксиального типа мощностью 100 Квт марки ПСМ-100 Источником питания плазмотрона служат управляемые тиристорные выпрямители ВДУ-1203УЗ Опыт эксплуатации плазмотрона показал, что в наиболее тяжелых условиях работает медное сопло плазмотрона, так как на сопло выделяется 30-35% потребляемой мощности

Поэтому удельные тепловые потоки на канал сопла плазмотрона, имеющего ограниченные размеры, могут быть настолько велики, что их не может отвести самое интенсивное охлаждение, что приводит к эррозии сопла и выносу частиц меди и ее паров в рабочую камеру и их попаданию в распыляемые гранулы Медь является вредной примесью в большинстве никелевых сплавов Наибольший износ, сопровождающийся выбросом частиц меди, происходит при неустойчивом горении дуги и скачках тока, что наблюдается в процессе пуска плазматрона и неблагоприятном составе газовой смеси аргона с гелием

Для исключения возможности попадания меди в распыляемые гранулы была проведена модернизация конструкции сопла плазмотрона на основе опыта эксплуатации плазменных пушек, применяемых в технологических процессах производства ЖРД малой тяги (нанесение тугоплавких покрытий на стенки камер сгорания ЖРД)

Для этого в сопло плазмотрона установлены тугоплавкие вкладыши Применение молибденовых и вольфрамовых вкладышей обеспечивает

- существенное уменьшение эрозии, поскольку температура плавления этих металлов превышает температуру плавления меди в 2,5 - 3,0 раза,

- практическое отсутствие вредоносного влияния эродировавших частиц молибдена и вольфрама при попадании их в гранулы, поскольку эти элементы входят в состав распыляемого сплава

Внутренняя поверхность молибденового вкладыша повторяет профиль медного сопла Внутренняя поверхность вольфрамового вкладыша выполнена в виде конических поверхностей, сопряженных в узком сечении с цилиндрической поверхностью Эта конструкция улучшила аэродинамику плазмообразующих газов в сопле (в значительной степени позволила исключить турбулентность) и как следствие стабилизировала процесс образования плазмы

Установка указанных вкладышей позволила повысить выход мелкой фракции гранул вследствие увеличения температуры плазменного потока при том же энергопотреблении, как у медного сопла (рост температуры плазмы уменьшает вязкость расплавляемого материала, в частности сплава ЭП741НП), при этом также повышается производительность - быстрее происходит расплавление электрода (заготовки)

Были изготовлены несколько партий медных сопел с вкладышами из молибдена и вольфрама (рисунок 6) Испытания показали, что сопла с молибденовой вставкой наиболее целесообразно применять при получении гранул из жаропрочных сплавов на никелевой основе, а вставки из вольфрама эффективны при распылении интерметаллидов и титановых сплавов

Для повышения надежности и стабильности поддержания температуры плазмы в пристеночном слое сопла предусмотрено устройство для обеспечения постоянного расхода воды в системе проточного охлаждения сопла с вкладышем

Рисунок б - Общий вид сопла плазмотрона с вставкой из тугоплавкого металла

Сепарация и рассев гранул Способ центробежного распыления быстровращающего электрода позволяет получать гранулы с широким разбросом фракционного состава Поэтому очень важно правильно проводить рассев гранул

Указанная операция является ответственной частью всей технологической цепочки производства гранульных заготовок и одним из наиболее эффективных этапов, обеспечивающих резкое снижение содержания керамических и металлических включений Она осуществляется на установках рассева и магнитной сепарации (УРиМС) и электростатической сепарации (СЭС) В установке УРиМС производится рассев гранул и их классификация, а также сразу магнитная сепарация Для проведения магнитной сепарации были разработаны специальные магнитные системы с учетом проведения этой операции с гранулами менее 40 мкм Работы проводились в ОАО «Композит» совместно с ООО «Магниты и магнитные системы»

Отделение рабочей фракции гранул требуемого размера обеспечивает установка рассева Группой специалистов ОАО «Композит» разработана установка рассева гранул со встроенными в выходные патрубки магнитными сепараторами (рисунок 7) Такая конструкция позволяет совместить в одном рабочем цикле процесс рассева гранул и их магнитную сепарацию, что позволяет повысить производительность процесса и снизить технологические потери гранул

Рисунок 7 - Внешний вид установки рассева ОАО «Композит»

Достоинством новой установки УРиМС является магнитная сепарация всех фракций гранул (менее 50 мкм, 50- 160 мкм, 160 -200 мкм). Совмещение рассева и магнитной сепарации снижает безвозвратные потери на 10-15%, следовательно, обеспечивает более низкую стоимость этих технологических операций.

Указанная установка позволила обеспечить полное отсутствие магнитных частиц в отсепарированных гранулах, что соответствует наилучшим мировым показателям.

Годные гранулы подвергаются электростатической сепарации на установке СЭС, обеспечивающей извлечение до 95 % неметалических включений. Контроль за проведением данной операции проводится с помощью установки «АСКП», разработанной совместно с институтом прикладной математики им. М.В. Келдыша (рисунок В). В настоящее время в России работают две таких установки.

Рисунок 8 - Установка «АСКП» для определения степени чистоты гранул от инородных включений и вычисления их фракционного состава

Таким образом, осуществленные технологические, конструктивные и приборные изменения процесса рассева и сепарации гранул позволили существенно улучшить качество получаемых полуфабрикатов, равномерность и стабильность их эксплуатационных характеристик.

Засыпка гранул в капсулы и их герметизация

Важное значение с точки зрения получения высокого качества гранульных заготовок и обеспечения наиболее благоприятных условий для их диффузионного сращивания в процессе ГИП имеет термическая дегазация гранул (удаление адсорбированного на поверхности гранул кислорода путем нагрева их в высоком вакууме (~ 10'5 тор) перед засыпкой в капсулы.) Эта операция осуществляется на установке засыпки и герметизации капсул (УЗГК) (Рисунок 9). В вакуумной установке УЗГК предусмотрено приемное устройство вакуумного контейнера с гранулами, которые через шлюз по специальному лотку, находящемуся в обогреваемом до 500°С пространстве, попадают в капсулу. В установке имеется специальное устройство, позволяющее регулировать скорость потока гранул в камеру. С целью обеспечения наиболее высокой плотности засыпки гранул

предусмотрено специальное механическое виброуплотнение массы гранул в капсуле. Герметизация капсулы осуществляется путем электроннолучевой заварки ее приемного отверстия.

Рисунок 9 - Установка для дегазации гранул, засыпки их в капсулы и заварки.

Термическая дегазация гранул, движущихся в потоке в условиях вакуума, обеспечивает заметное снижение в заготовках не только кислорода, но и окиси углерода, азота и других элементов.

Газостатическая обработка и деформация в изотермических условиях

Одной из важнейших задач, связанных с производством гранульных заготовок, является проблема создания технологии, обеспечивающей отсутствие образования «наследственных» границ гранул - карбидной, оксикарбидной, оксикарбонитридной сеток, располагающихся на поверхности гранул и в дальнейшем являющихся причиной разрушения заготовок даже в том случае, когда в результате термической обработки образовались новые границы зерен. В указанной ситуации разрушение при испытаниях на кратковременную и длительную прочность происходит не по границам зерен, а по границам прежних гранул, находящихся внутри зерен. Для решения этой проблемы применяются следующие технологические приемы:

-осуществляется строгая регламентация содержания углерода в заготовках для получения гранулированных сплавов на уровне 0,02-0,08 мас.% ;

-создаются условия для минимального проникновения в камеру УЦР углеводородов, образующихся в результате крекинга масла в парамасляных вакуумных насосах;

-используется двухзтапный процесс газостатического уплотнения капсул и их высокотемпературного прессования в условиях изотермической штамповки.

Имеющееся в ОАО «Композит» оборудование для газостатической обработки позволяет получать высококачественные гранульные заготовки диаметром до 700 мм.

Однако еще более высокий комплекс свойств реализуется при использовании технологии (ГИП+изотермическая деформация). Комплексная технология ГИП+ изотермическая деформация обеспечивает не только повышение прочностных показателей, но и (что наиболее важно) характеристик надежности. В частности, ударная вязкость материала при использовании указанной технологии вместо ГИП возрастает на 50%, а малоцикловая усталость с 1000 МПа до 1100 МПа.

Оценка качества гранул

После осуществления комплекса мероприятий по модернизации оборудования и усовершенствования технологических операций были проведены опытные процессы центробежного распыления быстровращаюшихся слитков-электродов жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП.

Для оценки качества полученных 4-х партий гранул и их сравнения с целью выбора оптимального режима распыления на пробах от каждой партии определяли содержание кислорода, наличие неметаллических включений, фракционный состав.

Содержание От в каждой партии гранул представлено в таблице 2.

Таблица 2 - Содержание кислорода в полученных партиях гранул сплава ЭП741НП в сравнении с требованиями ТУ (масс.%)

№ партии №1 №2 №3 №4 По ТУ на сплав ЭП741НП

Содержание СЬ 0,0025 0,0025 0,0025 0,0025 <0,007

Из таблицы 2 видно, что, поскольку, все гранулы получены из одной опытной партии слитков-электродов, но при разных скоростях распыления, то содержание кислорода в них практически одинаково и существенно (в 2,7 раза) ниже требований ТУ, что в значительной степени снижает вероятность образования окисных плен на их поверхности.

Наличие неметаллических включений в гранулах определяли с помощью автоматизированной системы контроля порошка «АСКП», которая позволяет определить степень чистоты гранул от инородных включений и вычислить фракционный состав.

Контроль поверхности гранул сплава ЭП741НП не выявил аномалий, инородные включения не обнаружены. Установка «АСКП» одновременно с контролем поверхности позволяет определять размер (диаметр) гранул. Зависимость размера гранул от скорости распыления для сплава ЭП741НП представлена на рисунке 10.

РисунокЮ - Влияние скорости вращения слитка-электрода на размер получаемых гранул

Фракционный состав опытной партии гранул представлен диаграммой распределения по размерам на рисунке 11.

с; о

1 1 !

- | ~Ч ! - -

!—Г : ;

-П..-4 ■ - ( -

-1—!—г 1

- - .7. '1 г ; "1 Размер гранул, мкм

- - ' ' — - _

-1— — — ■ ■ ■ - 1

1 — ;

- — 1. || "Т

-- -4— - 1 -■Ш- И 1 -

- - к ^ Н 1 ■

100) (ЮО.ЮО, и О ТО 0] 1900. 100 0) 11200. |1Ю0 16ОО)11К>0. 190°11г10 0.гг00-)|2«0.2£00) Р70 0.2В001 |Э»0. 310 01

Рисунок 11 - Фракционный состав гранул опытной партии

Из диаграммы видно, что размеры полученных гранул лежат в диапазоне от 30 до 220 мкм, причем 80 % гранул находятся в узком интервале 90-150 мкм. Это свидетельствует о

14

высокой стабильности процесса распыления при выбранной скорости вращения слитка-электрода '

Известно, что чем больше размер гранулы, тем выше вероятность появления дефектов (пор, рыхлот, инородных включений) в ее объеме Для оценки плотности были отобраны гранулы размером 190-210 мкм (верхняя граница интервала распределения) и изготовлены шлифы по их диаметральному сечению Структуру гранул оценивали с помощью оптического микроскопа «ЯаЛеП» при увеличении х800 Все просмотренные гранулы имеют плотную структуру (поры и рыхлоты при увеличении х800 визуально не обнаружены), инородные включения отсутствуют

Таким образом, в данной главе представлены результаты исследований^ работы по комплексному совершенствованию технологии гранульной металлургии , с целью обеспечения повышенного качества заготовок

В третьей главе првведевы теоретическое обоснование, практические результаты оптимизации состава свариваемого гранулированного сплава АЖК и" разработки технологических подходов получения сложных комбинированных деталей из никелевых жаропрочных сплавов

Сегодня в технике достаточно широко используются жаропрочные' свариваемые никелевые сплавы, однако они имеют невысокий уровень прочпостных характеристик и соответственно используются лишь для изготовления методом сварки ненагруженных или слабо нагруженных деталей и узлов Это обстоятельство сдерживает реализацию прогрессивных конструкторских решений, направленных на создание техники новых поколений и предусматривающих изготовление методами сварки сложных высоконагруженных узлов газотурбинных и реактивных двигателей

Вопросы свариваемости жаропрочных никелевых сплавов неоднократно обсуждались в литературе Как известно, свариваемость представляет собой способность материала создавать доброкачественное соединение, работоспособное в условиях эксплуатации изделия, изготовленного из этого материала

Для свариваемых дисперсионно-упрочненных никелевых сплавов характерной является их склонность к растрескиванию в основном в околошовной зоне Укажем приведенные в литературе факторы, позволяющие повысить стойкость жаропрочных никелевых сплавов против растрескивания в процессе сварки

• рафинирование металла от цветных примесей, в первую очередь серы и фосфора,

• формирование в сплаве мелкозернистой рекристаллизованной структуры,

• микролегирование сплава,

• легирование твердого раствора сплава, замедляющее диффузию,

• легирование элементами, повышающими температуру плавления сплава и температуру рекристаллизации,

• замедление скорости выделения упрочняющих фаз путем подбора компонентов, образующих комплексно-легированные фазы

• Способствуют улучшению свариваемости также ограничения по содержанию хрома (не более 18%)

В работе ВИЛСа сообщается о создании сварного ротора ГТД путем использования проставки из сплава ЭИ698МП, полученной методом гранульной металлургии, основной особенностью которой, в значительной мере способствующей улучшению свариваемости, является наличие ультрамелкозернистой структуры Размер зерна в ней после ГИП и термообработки составляет 20-40мкм

С.В.Лашко и Н.Ф.Лашко объясняют причины вредного влияния серы при сварке никелевых жаропрочных сплавов (НЖС), заключающиеся в том, что при взаимодействии никеля с серой в процессе нагрева по границам его зерен образуется легкоплавкая эвтектика, вызывающая охрулчивание металла.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что в свариваемых НЖС допустимое содержание углерода должно быть резко ограничено. Учитывая указанные выше проблемы и то обстоятельство, что свариваемость НЖС в значительной степени зависит от содержания у'- фазы, в работах Ч.Сямса и В.Хагеля представлена диаграмма, связывающая концентрацию основных у'- образующих элементов А1 и Т1 и области существования свариваемых и несвариваемых НЖС, которая приведена нами на рисунке 12.

Разработка оптимизированного состава сплава

Анализ данных, приведенных на рисунке 12, показывает, что все свариваемые сплавы находятся на границе (или ниже нее), представленной в виде пунктирной кривой - в (П - А!) области свариваемых сплавов. Исключение составляет лишь свариваемый сплав ЭП99, содержание А; и П в котором превышает соответствующую концентрационную границу существования свариваемости НЖС.

О 713С

■ ЭШ

Я»!8

еэгитп

омами

«ЭШ20

ОМШ! ом»

1ХС6И1

ОАШОА

О Утстио

• ВИ.12У А МЕР»

ОУджгаТ»

ОУнасгЗШ «ЭГГ742

■ 31М

""»а«

Dft.fi "^х"!......

Ойаайжй

Оишжвх-ет Ома

ПИгаатльХ

!

Чповдсс«

Рисунок 12 - Граница между сплавами, упрочненными у' фазой, которые свариваются с трудом или не свариваются (выше пунктирной линии), и сплавами, которые свариваются легко (ниже пунктирной линии) На рисунке приняты следующие обозначения:

> Сплавы, указанные в монографии Ч.Симса и В.Хагеля :

□ - свариваемые, о - несвариваемые (плохо свариваемые);

> Добавленные нами сплавы:

■ - свариваемые отечественные, • - несвариваемые (плохо свариваемые) отечественные, ▲ - несвариваемые зарубежные сплавы Рене 95 и МЕРЛ-76.

При этом, однако, можно заметить, что содержание А1 и Т1 в свариваемых сплавах зпачителыю уступает таковому для высокожаропрочных НЖС Например, если в свариваемом сплаве ЭИ698 суммарное содержание (А1 + Т1) составляет = 4,2 мае %, то в дисковых сплавах ЭП741НП, Яепе-95, МЕИЬ-76 оно равно 6,8, 6,0 и 9,3 мае % соответственно Естественно, что уровень жаропрочности даже наиболее прочных свариваемых сплавов (в значительной мере определяемый суммарным содержанием в первую очередь этих элементов) заметно ниже соогветствующих показателей современных дисковых сплавов, которые в перспективных конструкциях требуется надежно соединять

Учитывая, что в надежно работающих сварных барабанных конструкциях из дисков ЭП741НП ЭП962П, ЭП975П и др, материал сварного соединения также должен иметь сопоставимый с этими сплавами уровень прочности и жаропрочности, становится крайне актуальной задачей - создание свариваемого сплава с высоким содержанием у'- образующих элементов Т е если рассматривать данные, представленные на рисунке 23, то этот свариваемый сплав должен находиться в области концентраций Т1 и А1, традиционно считающейся «концентрационным пространством» несвариваемых жаропрочных никелевых сплавов В этом особенность и новизна поставленной задачи

С этой целью вернемся к анализу факторов, влияющих на свариваемость НЖС

Граница, представленная пунктирной линией на рисунке 23, указывает на предельно возможную концентрацию у' образующих элементов и следовательно у - фазы, выделение которой при охлаждении материала после сварки не вызывает появления трещин и микротрещин

Однако при этом следует учесть, что указанный фактор не является единственным Кроме этого параметра на склонность к растрескиванию влияют

- размер зерна свариваемого НЖС,

- величина интервала кристаллизации, определяющая степень развития сегрегации элементов, а также возможность образования охрупчивающих фаз в сварном шве,

- макролегирование (определяющее характер процесса распада твердого раствора и уровень его прочности в особенности при высоких температурах),

- мнхролегирование (упрочняющее и стабилизирующее границы зерен, а также связывающее легкоплавкие примеси в стабильные высокотемпературные соединения)

Именно эти обстоятельства анализировались нами при разработке нового жаропрочного свариваемого никелевого сплава типа АЖК

На основании проведенного анализа и предварительных исследований предложено

1 Ввести в разрабатываемый свариваемый сплав у'- образующие элементы на уровне 7,5 мае %, что отвечает их концентрации в предполагаемых для соединения с ними дисковых сплавах

2 Однако, учитывая, что в соответствии с данными, приведенными на рисунке 23, выделение увеличенного количества у' - фазы при распаде твердого раствора может привести к возникновению значительных внутренних напряжений и появлению микротрещин, нейтрализовать это явление

- значительным снижением уровня сегрегации с тем, чтобы не допускать появление зон ослабленного металла и образования охрупчивающих фаз Указанное может быть достигнуто

а) легированием элементами, резко снижающими интервал кристаллизации НЖС,

б) введением в состав легирующих, об задающих наименьшей дендритной ликвацией,

в) легированием элементами, повышающими Т пр у', что должно способствовать увеличению прочности материала при высоких температурах и таким образом сплав более

успешно будет противостоять действию, возникающих объемных и термических напряжений,

- использованием метода гранульной металлургии для создания свариваемого НЖС, позволяющего получать микрозерна на уровне 20-40 мкм, что обеспечивает релаксацию возникающих при сварки напряжений путем пластической деформации

В соответствии с соображением (1) нами введены в качестве у' - образующих элементов А1 (4,5 мае %) и № (3 мае %) Реализованная нами предложение отличается от известных рекомендаций, требующих для обеспечения свариваемости вводить в НЖС Ъ и А1 в соотношении, превышающим 2 1

Главной причиной отказа от Т1 в качестве легирующего элемента явилось то обстоятельство, что Т1 существенно расширяет интервал кристаллизации никелевых сплавов и при этом значительно снижает температуры начала и конца кристаллизации

Положительное влияние на свариваемость, реализуется при введении в сплав № Поэтому № выбран в качестве второго у - образующего элемента При этом концентрация показанного элемента (~ 3%) выбрана такой, что его температуры начала и конца кристаллизации в сплаве с № совпадают с аналогичными температурами сплава N1 - 4,5 мае % А1

В сплав одновременно введено 8 мае % Мо, при этом легирование № указанным количеством Мо приводит к уменьшению интервала кристаллизации

В процессе установления оптимальной концентрации свариваемого НЖС встал вопрос выбора между ^Л^ и Мо Известно, что Ш обеспечивает более высокую жаропрочность по сравнению с Мо Однако

- V/ расширяет интервал кристаллизации НЖС, поскольку его введение заметно увеличивает Ть,

- его удельный вес почти в два раза выше, чем молибдена,

- он является сильно ликвирующим элементом (коэффициент дендритной ликвации достигает 1,5)

Поэтому данный элемент в состав сплава введен не был

Учитывая, что свариваемый сплав создавался на основе новых подходов (введение в состав большого количества у - образующих элементов, но при этом обеспечение узкого интервала кристаллизации, снижение дендритной ликвации и обеспечение возможно более высокой прочности материала при повышенных температурах), требовалось осуществить особое целенаправленное легирование некоторыми другими элементами, в частности, углеродом и гафнием

Таким образом, в компактированном материале границы гранул декорированы различными карбидами, которые остаются после осуществленной в результате термообработки рекристаллизации и определяют отрицательную «граничную» наследственность материала, выражающуюся в зарождении трещин при высокотемпературном нагружении именно по границам «прежних» гранул Для исключения этого явления

• введены жесткие ограничения на содержание углерода в сплаве - его максимальная концентрация не должна превышать 0,02 мас% Этот показатель существенно ниже по сравнению с серийными свариваемыми НЖС,

• осуществлено легирование ниобием,

• в состав сплава АЖК введен дополнительно Ш в количестве 0,4-0,6 мас% Легирование сплава таким количеством гафния с одной стороны практически не влияет на изменение интервала кристаллизации С другой стороны, он совместно с ниобием образует

карбиды типа МС вместо М6С или МгзСб задолго до достижения сплавом температуры кристаллизации, поэтому они имеют округлую (наиболее приемлемую) форму, в значительной мере содержатся внутри гранул, а не на их поверхности и являются наиболее термостабильными

Реализация указанных мероприятий привела к тому, что в предложенном сплаве АЖК «гранульная» последовательность при разрушении (если процесс газостатирования проводится по оптимальной технологии) не наблюдалась

• Разработанный гранульный свариваемый НЖС АЖК успешно варится как аргонодуговой, так и электроннолучевой сваркой Получаемые сварные соединения отличаются высоким качеством и работоспособностью

Перейдем к оптимизации в составе сплава у - упрочняющих элементов - Со и Сг С одной стороны эти элементы являются основными упрочнителями твердого раствора, в т ч в том интервале температур, где у - фаза еще не выделилась В этом случае твердорастворное упрочнение никеля является практически главным фактором, обеспечивающим стойкость материала к растрескиванию

С этой целью оптимизацию содержания Со и Сг осуществили с помощью методов интеллектуальной инженерии

В основу метода интеллектуальной инженерии положена современная концепция развития высокотемпературных материалов применительно к жаропрочным никелевым сплавам, сформулированная в работе Морозовой Базой концепции является положение о том, что повышение уровня свойств жаропрочных никелевых сплавов обеспечивается пакетом программ фундаментальных исследований

При анализе структурной стабильности жаропрочных сплавов особое значение придается состоянию внутренних поверхностей раздела Это связано с тем, что данные элементы микроструктуры обладают повышенной энергией и диффузионной проницаемостью и являются очагами структурной дестабилизации материала

В данной работе метод интеллектуальной инженерии, основные положения которого составляют ноу-хау ОАО «Композит», использован для комплексного анализа системы легирования, структуры и свойств гранулированного свариваемого жаропрочного никелевого сплава АЖК

В качестве примера анализа сплава АЖК методом интеллектуальной инженерии приведем результаты оценки сбалансированности его системы легирования по методу Г Морозовой Метод оказался полезным при разработке отечественных жаропрочных сплавов ЖС 36, ЖС 40 и др и доказал свою состоятельность при анализе ряда зарубежных жаропрочных сплавов на основе никеля - например, СМ5Х-10 Именно по этой причине метод Г Морозовой включен нами в систему методов интеллектуальной инженерии Критерием стабильности сплава является значение параметра ДЕ = Ес - Е0

где Ес = I Е,С, есть средняя концентрация валентных электронов в сплаве, параметр Ео = 0 036 Ас + 6,28 пропорционален средней атомной массе сплава Ас Сбалансированной считается система легирования, для которой ДЕ = 0 Сплавы с отрицательными значениями параметра ДЕ считаются склонными к образованию хрупких топологически плотноупакованных фаз (а,ц), а в сплавах с положительными значениями ДЕ возрастает вероятность появления первичных фаз (эвтектики у - у')

Элем Сг Со А1 N1 1% Мо Ш

Ат вес 52 01 58 94 26 98 58 71 92 91 95 95 178 4

А1 % 17 581 9515 60 99 1 84 4 76 0 08

Масс % 155 6 45 62 75 3* 8 0 25

Вначале рассчитаем значение средней атомной массы сплава АЖК Ас Ас = Е А,С, = =57 0598

Средняя концентрация валентных электронов в сплаве АЖК составит Е0 = 0 036 Ас + 6,28 = 0 036x57 0598 + 6,28=8 3342

Затем рассчитаем фактическое значение средней концентрации валентных электронов в сплаве АЖК Ес = 2 Е,С, = 8 3082

Теперь находим искомое значение фактора дисбаланса системы легирования для сплава

АЖК

ДЕ = Ес - Ео = 8 3082 - 8 3342= - 0 026

Согласно представлениям Г Морозовой, отрицательное значение критерия ДЕ в сплаве АЖК говорит о несбалансированности его системы легирования

К предположению о возможной несбалансированности системы легирования сплава АЖК можно подойти и с другой стороны Обратим внимание на тот факт, что в данном сплаве очень велико суммарное содержание легирующих элементов с ОЦК решеткой X ОЦК = 23 6 ат % В большинстве известных жаропрочных никелевых сплавов величина этого параметра значительно меньше данного значения Именно высокий уровень X ОЦК в сплаве АЖК может служить главной причиной несбалансированности его системы легирования Поэтому оптимальное содержание в свариваемом сплаве АЖК хрома нами снижено до 14,5 масс %, а кобальта - до 5 масс % В этом случае ДЕ составит + 0 0036, т е сплав является стабильным и не склонен к образованию хрупких ТПУ-фаз

Таким образом, предложен, разработан, оптимизирован и опробован свариваемый гранулированный сплав АЖК, отличающийся высоким уровнем прочностных характеристик, пластичностью, жаропрочностью и другими важными эксплуатационными параметрами Сплав предназначен для создания сварных конструкций из дисковых и других высокожаропрочных и высоконагруженных материалов При разработке сплава выдвинут и обоснован ряд новых научных положений, относящихся к реализации дальнейших возможностей развития актуального направления создания перспективных свариваемых НЖС

Данный сплав хорошо сваривается аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой из сплава ЭП642, обеспечивая а, свар \ а, 0сн ^ 0,9 Механические свойства сплава АЖК (с минимальным содержанием углерода) приведены в таблице 3

Таблица 3 - Механические свойства сплава АЖК

т°с Св Со 2 6 V кси

испытания МПа МПа % % МДж/м2

20 1262 782 28,8 32,2 0,72

800 804 734 14,8 18,3 -

Результаты по разработке сплава АЖК нашли отражение в патенте РФ (положительное решение по заявке № 2006124236/02(026285) от 05 12 2007)

В результате была разработана опытно - экспериментальная технология изготовления ротора ГТД методом гранульной металлургии из разнородных сплавов, состоящая из следующих этапов

1) Выплавки электродов сплавов АЖК и ЭП741НП способом двойного вакуумно-индукционного и вакуумно-дугового переплава из чистых шихтовых материалов, распыления обточенных электродов на установке УЦР-4 с частотой вращения 14000 об/мин в смеси рабочих газов аргона с гелием, рассева гранул на рабочую фракцию 40-150 мкм, магнитной и электростатической сепарации гранул на установках УРиМС и СЭС, межоперационного хранения гранул в герметичных бункерах под избыточным давлением аргона

2) Проектирования и изготовления двух капсул из стали 20 для получения компактных заготовок из сплава АЖК и комбинированной капсулы для получения бинарной компактной заготовки из сплавов ЭП741НП и АЖК, включающих операции сварки, вакуумного отжига в установке СНВ, двойной проверки на герметичность

3) Термической дегазации и засыпки гранул соответственно из сплавов АЖК и ЭП741НП, заварки 2-х кольцевых и комбинированной капсул на установке СОТ при вакууме 5х10"5 мм рт ст с последующей проверкой капсул с гранулами на герметичность

4) Проведения режима горячего изостатического прессования (ТИП) с последующим измерением усадки капсул по диаметру и высоте

5) Механической обточки капсул до заданных размеров детали, изготовление образцов для механических испытаний и проведение металлографических исследований

Все технологические этапы изготовления комбинированной модельной заготовки сварного ротора ГТД подвергали контролю на соответствие требованиям технологической документации

Газостатирование 2-х кольцевых капсул (гранулы сплава АЖК) и комбинированной капсулы (компакт из сплава АЖК и гранул сплава ЭП741НП) проведено по режиму, принятому для сплава ЭП741НП Это выбрано неслучайно, ГИП необходимо проводить с учетом нагруженности детали Так как диск из сплава ЭП741НП в дальнейшем несет наибольшие нагрузки, режим ГИП проводят для этого сплава Конечно, сплав АЖК будет в этом случае иметь более низкие свойства, чем по ТУ, но заведомо достаточные, чтобы передавать необходимый вращающий момент и тем самым обеспечить надежность и прочность конструкции Затем провели термообработку комбинированной заготовки по штатному режиму сплава ЭП741НП, включающему высокотемпературную закалку и двойное старение

Механические свойства образцов из сплава АЖК, образцов сварного соединения АЖК-1+АЖК-2 и образцов с диффузионным соединением АЖК+ЭП741НП (средние значения по 3-5 образцам) приведены в таблице 4

Таблица 4 - Механические свойства образцов из сплава АЖК и сварных образцов:

АЖК+АЖК и АЖК+ЭП741НП

Объект исследования Т и СП. °С Механические свойства

от, МПа МПа 6,%

АЖК Паспорт №0120-2 сплава АЖК. 20 650 851 792 1242 1047 13,4 8,4 27,7 13,2

20 650 882 818 1314 1212 11,9 5,0 9,0 13,5

АЖК-1+АЖК-2 (ЭЛС) Паспорт № 0120-2 сплава АЖК. 20 - 979 - -

20 - 948 - -

АЖК+ЭП741НП (диффузионное соединение.) Паспорт №0120-2 сплава АЖК. 20 650 930 850 1319 1161 12,5 9,8 18,0 17,7

20 650 839 758 1259 1128 12,4 14,0 13,5 19,0

Кратковременные механические испытания образцов, изготовленных из компактных заготовок АЖК, показали достаточно высокие механические свойства сплава особенно по пластическим характеристикам, но несколько ниже по прочностным по сравнению с его паспортными данными. Это объясняется тем обстоятельством, что режимы ГИЛ и последующей термической обработки были выбраны по сплаву ЭП741НП как наиболее нагруженному в конструкции сварного ротора по условиям его эксплуатации.

Прочность сварного соединения кольцевых деталей из сплава АЖК, полученного электроннолучевой сваркой (ЭЛС), выше паспортного значения и составила а„20 = 97 9 МПа. Механические характеристики диффузионного соединения «АЖК+ЭП741НП» в бинарном монолитном кольце, полученном в процессе ГИП закладного элемента из сплава АЖК и гранул сплава ЭП741НП, также превышают его паспортные характеристики, определяемые при 20 и 650°С. Металлографическим анализом установлено, что разрушение образцов происходило по сплаву АЖК в отдалении от места диффузионного соединения «АЖК+ЭП741НП».

Таким образом, результаты механических испытаний показали достаточно высокое качество комбинированных заготовок из сплавов ЭП741НП и АЖК.

Электроннолучевая сварка (ЭЛС) была выполнена на кольцах из сплава АЖК с наружным диаметром 290 мм, толщиной стенки 11 мм в соединение «в замок» толщиной 0,5 мм. Для исключения подрезов весь сварной шов был пройден расфокусированным лучом. Микроструктура сварного шва, полученного ЭЛС, типична для сплава АЖК. Исследование образцов сварных соединений показало, что при ЭЛС разрушение проходило по основному металлу, а не по сварному шву.

Результаты рентген-контроля сварного шва показали его хорошее качество. Внешний вид участка начала и окончания сварного шва показан на рисунке 13.

Рисунок 13 - Внешний вид начала и окончания участка сварного шва

Установлено, что средние значения плотности из сплава АЖК - 8117,0 кг\м3 . В образцах имеются микропоры, однако их локализации на границах зерен не наблюдается, рисунок 14 (а). Разрушение материала при механических испытаниях имеет преимущественно внутризеренный характер.

Рисунок 14 - Распределение пор в микроструктуре материала (а) и сечение поверхности разрушения плоскостью микрошлифа (б).

Результаты исследований микроструктуры сплава АЖК, проведенные в ОАО «Композит», показывают, что данный сплав в определенных условиях имеет склонность к образованию карбидной сетки на границах зерен. Это явление тщательно изучено в настоящей работе. Микроструктура образцов исследовалась на оптическом микроскопе при увеличении до х500 и на сканирующем электронном микроскопе с энергодисперсионным рентгеновским микроанализатором при увеличении до х 10000.

Для изучения распределения карбидов в сплаве АЖК шлифы были протравлены в реактиве Мураками и исследованы на оптическом микроскопе.

Из рисунка 15 видно, что в материале АЖК карбиды в микроструктуре распределяются по границам зерен, они имеют округлую (наиболее приемлемую) форму, что обеспечивает дополнительный прирост прочности сплава.

Рисунок 15 - Структура сплава АЖК после травления в реактиве Мураками

Изучение карбидов в сплаве АЖК, протравленном в реактиве Мураками, было проведено также на электронном сканирующем микроскопе.

На рисунке 16 показано скопление карбидов (частиц разной морфологии и разной яркости) на границе зерен рядом с трещиной в сплаве АЖК.

Щ§Щ шиш

Ш к* »

шшгшшбаааи а) «ш б) к 1500

Рисунок 16 - Карбиды в сплаве АЖК, выявленные травлением в реактиве Мураками.

Детальное исследование распределения микропор и карбидов в образцах сплава также позволило заключить, что может наблюдаться локализация карбидов на границах зерен. Такая картина распределения пор и частиц карбидной фазы показана на рисунке 17.

Рисунок 17 - Локализация пор на границах зерен сплава АЖК: на границах зерен видны лишь единичные частицы карбидов.

Изучение химического состава карбидов подтвердило, что это карбиды ниобия и гафния и имеют тип МС вместо М6С или МгзСб , таете карбиды являются наиболее термостабильными.

Разработка технологии изготовления сложных узлов типа «Ротор»

Одним из перспективных направлений является разработка и получение сложных ответственных деталей и узлов космических аппаратов для турбо-насосных агрегатов (ТНА) из порошковых и гранулированных материалов. Известно, что детали типа роторов крыльчаток, дисков в агрегатах ТНА работают не в однозначных температурных и силовых условиях. Материалы, используемые для изготовления этих деталей, очень дороги и дефицитны. В связи с тем, что метод металлургии гранул с использованием ГИП позволяет получать детали любой сложной конфигурации с различной комбинацией материалов, в ОАО «Композит» разработана технология получения деталей, соединенных из разнородных сплавов. На рисунке 18 представлена деталь типа «Ротор», изготовленная из трех различных материалов: вал - сплав ЭИ 698-пруток, диск - гранулы из сплава ЭП741НП, законцовка диска - сплав ПДУ-2 (порошок). Рабочая температура ЭИ 698 -400°С, ЭП741НП - 650°С, ПДУ 2- 1000°С.

ЭИ698 (КОМПАКТ) Т= 400 °С

ЭП741НП ^^ (порошок) Т- 800 °С kJ

ПДУ-2 (порошок) Т= 1000-1100 °С

fill II Ilk ,т.....j, | j ж

Рисунок 18 - Схема детали типа «Ротор» из 3-х разнородных материалов

Важно отметить, что технология получения должна обеспечить не только качественное соединение материалов, но и высокие эксплуатационные характеристики. Для этого важно разработать режимы ГИП и термообработки, обеспечивающие эти требования. ГИП предложено проводить по режиму самой нагруженной детали, а именно ЭП741НП - по верхней температурной планке, так как ПДУ 2 - высокотемпературный сплав. Т.е. температура ГИП составила 1210 +10 С, время выдержки - 3,5ч, давление - 160 МПа. Металлографический анализ этой детали показал, что в процессе ГИП она имеет хороший контакт в зоне соединяемых материалов, как при диффузионной сварке компактного материала, так и гранул с порошком. Получение такой детали «Ротор» в полной мере продемонстрировало возможности металлургии гранул при создании комбинированных

заготовок, обеспечивающих соединение не только компакт - гранулы, но и гранулы -порошок Переходная зона гранулы - порошок имела свойства на уровне ЭП741НП

Прочностные свойства полученных таким образом деталей соответствуют характеристикам сплавов в температурном диапазоне, на который рассчитана эксплуатация этих материалов

В ОАО «Композит» так же, как и в ОАО ВИЛС, реализована и опробована технология изготовления детали типа «Ротор» из сплава ЭП741НП и стали 07Х16Н6

Комбинированный ротор турбонасосного агрегата представляет собой комплексный узел, каждый сплав которого работает в оптимальных температурных и силовых условиях

Механические свойства гранульной детали типа «Ротор точной формы составили предел прочности-1400-1450 МПа, предел текучести-910-940 МПа, относительное удлинение-17-20%

Коэффициент использования металла стал свыше 0,6 Снижение трудоемкости изготовления составило 15-20%

Комплекс работ по созданию сложнонагруженных комбинированных деталей типа «Ротор» был отмечен грамотой на 5-ой международной конференции ГИП - 2005 (International conference on hot isostatic pressing Pans, May 22-25, 2005)

На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы

1 Показана принципиальная возможность и разработаны основы технологии сварного узла ротора ГТД из материала ЭП741НП с использованием проставок из сплава АЖК, изготовленных по технологии металлургии гранул

2 При температуре испытания 20°С в состоянии (ГИП + T) получен следующий комплекс механических свойств сплава ЭП741НП а. = 1550 МПа, Стод = 1175,1 МПа, 6 = 18,8 %, KCU = 0,54 МДж/м2 , превышающий требования ТУ 1-809-941-на заготовки дисков, изготовленных из гранул жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП методом горячего изостатического прессования (а,20 > 1372 МПа, о0 2 20 ^ 931 МПа, 5 20 > 13%, у20 > 15%, KCU 20 2 0,4 МДж/м2)

3 При температуре испытания 650°С в состоянии (ГИП + Т) достигнуты механические свойства ав= 1412 МПа; ст0д= 984,6 МПа, 5 = 16,7 %

4 Проведены испытания сплава ЭП741НП на длительную прочность при растяжении Показано, что гладкие образцы этих сплавов выстояли более 250 ч и не разрушились при постоянно приложенном напряжении а = 980 МПа и температуре 650°С

5 Исследования микроструктуры показали, что карбиды и у' - фаза распределены достаточно равномерно, сплав имеет структуру с размером зерна от 40 до 140 мкм, что характерно для структуры сплава ЭП741НП, полученной по оптимальным температурным режимам ГИП и термической обработки

6 Содержание кислорода в заготовках сплава ЭП741НП низкое и равно 0,0028 % масс

7 Проведенные работы подтвердили высокое качество диффузионного соединения материала диска (сплав ЭП741НП) и проставки (сплав АЖК) - при испытаниях механических свойств разрушение происходило по менее прочному материалу (сплав АЖК)

8 Испытания механических свойств материала АЖК показали, что полученные данные близки к паспортным характеристикам сплава некоторое снижение прочностных характеристик при температурах 20° и 650°С связано с различием штатных режимов термических обработок сплавов АЖК и ЭП741НП, так как комбинированные заготовки термообрабатывали по режиму сплава ЭП741НП

9. Установлено, что методом электроннолучевой сварки может быть получено качественное сварное соединение проставок из жаропрочного сплава АЖК.

В четвертой главе представлена инновационная технология получения мишеней для высококачественных покрытий из интерметаллидов никеля на детали ответственного назначения методом металлургии гранул

Основной тенденцией развития авиадвигателестроения является непрерывное увеличение температуры газов перед турбиной, что ведет к дальнейшему усложнению конструкции, росту термомеханической напряженности лопаток газовых турбин, работоспособность которых оказывает большое влияние на надежность и ресурс газотурбинных двигателей в целом и безопасность полетов самолетов.

В этой связи, разработка и внедрение высокоэффективных методов увеличения прочностных свойств и коррозионной стойкости сплавов, технологии нанесения защитных покрытий на ответственные узлы и детали и изделий являются важнейшими для решения проблемы долговечности газовых турбин.

Получение катодов для напыления методом металлургии гранул вместо традиционной технологии вакуумного литья обеспечивает:

- существенно более равномерное распределение легирующих элементов;

- равномерную более мелкозернистую структуру по сравнению с литейной (60-100 мкм вместо 1000-2300 мкм).

Особенности литой дендритной структуры слитка и гранулы представлены на примере жаропрочного сплава ЭП741НП рисунок 19.

Анализ рисунков 19 и 20 позволяет сделать следующие выводы:

• распределение легирующих в гранулах имеет небольшие колебания, без резких всплесков, какие имеют место в массивном слитке;

• уровень ликвации в литом слитке не только значительно выше, но и сама ликвация захватывает гораздо большие пространства, распространяясь на расстояния порядка 10 мкм, в то время как в гранулах ликвационные изменения наблюдаются на расстояниях около 1 мкм, т.е. на порядок меньше;

• из-за более высокой ликвационной неоднородности фазовый состав сплава из массивного слитка является гораздо более неравномерным, а сами фазы значительно крупнее, чем в (ранулах.

Гранула 0 200 рм Массивный слиток 0 60 мм Рисунок 19 - Жаропрочный № сплав ЭП 741НП

Распределение легирующих элементов в дендритной структуре представлено на рисунке 20, слева - гранула, справа - массивный слиток.

I

I .

V" --'V..'

/

!\ уч/

Рисунок 20 - Распределение легирующих элементов в дендритной структуре, слева -гранула, справа - массивный слиток.

Таким образом, катоды, полученные методом металлургии гранул, имеют ряд важнейших преимуществ, главными из которых являются значительно более низкий (более, чем в 2 раза) уровень ликвации основных легирующих элементов и более высокая равномерность фазового состава (для гранул размер фаз находится на уровне 1-5 мкм, в то время как в литом слитке их линейные размеры достигают 10-90 мкм).

На рисунке 21 представлен катод СДП 2 , полученный методом металлургии гранул.

Рисунок 21 - Внешний вид катодов СДП 2 , полученных методом металлургии гранул

С целью обеспечения высокого качества материала мишени были разработаны, успешно опробованы и реализованы на практике:

• конструкции капсул и технологии их производства;

• режимы центробежного распыления, особенность которых заключается в том, что поскольку интерметаллидные сплавы имеют низкую пластичность при комнатной температуре и склонность к трещинообразованию, а также содержат большое количество иттрия, которое должно быть сохранено в гранулах, необходимыми явились предварительная отработка параметров нагрева слитков для снятия термических остаточных напряжений, плавки и охлаждения;

• температурные режимы газостатирования;

• режимы термообработки;

• методы и виды контроля.

Результаты исследования покрытий, полученных с применением катодов СДП 2, изготовленных методом металлургии гранул, показали:

- существенное повышение точности толщины слоя напыляемого покрытия;

- высокую воспроизводимость физико-механических параметров покрытия;

- отсутствие капельных фаз в покрытиях.

Приведенные результаты свидетельствуют о перспективности использования катодов типа СДП 2, полученных методом металлургии гранул, в авиационном двигателестроении для модификации поверхности и повышения уровня эксплуатационных свойств наиболее ответственных деталей ГТД.

Таким образом, разработана инновационная технология изготовления методом металлургии гранул катодов СДП 2, СДП 1 , имеющих равномерное распределение легирующих элементов и, следовательно, обеспечивающих получение более качественного защитного покрытия

В пятой главе представлена практическая реализация полученных результатов ОАО «Композит» совместно с ОАО «СМКомпания» и ОАО «Рыбинские моторы» в соответствии с Программой работ №630Т/412 изготовили заготовки дисков шифров РП-1 и РП-2 из гранул сплава ЭП741НП по совершенствованной технологии и провели их комплексное исследование

Испытания на растяжение при комнатной температуре, ударный изгиб и длительную прочность проводили в лаборатории ОАО «СМКомпания» Результаты испытаний приведены в таблице 5 Из приведенных данных видно, что уровень механических свойств компактированной заготовки превышает требования ТУ1-801-5160-04 для заготовки дисков шифров РП-1 и РП-2 из гранул сплава ЭП741НП

Анализировали макро-, микроструктуру и изломы ударных образцов Исследование макроструктуры проводили на заготовке после термообработки Макроструктура данной заготовки после травления в реактиве Васильева плотная, мелкозернистая с диаметром зерна 0,05-1,0 мм

Характер изломов разрушения контролировали на испытанных образцах с применением бинокулярного микроскопа МБС-9 при увеличении 6х В структуре изломов наблюдаются единичные гранулы, что допускается требованиями ТУ1-801-5160-04, сплошной межграяульный излом не обнаружен

Микроструктуру исследовали после термообработки на боковой поверхности ударных образцов и в поперечном направлении - в исходном и термообработанном состояниях до и после травления Микроструктура образцов до травления соответствует требованиям ТУ 1-801-5160-04

-остаточная микропористость не обнаружена,

-внутригранульная микропористость заготовки усл_№1 соответствует 4«б» баллу, заготовки уел №2 -2 «б» баллу, (по ТУ внутригранульная микропористость с 1«а,б» по 5 «а,б» баллы - допустима),

-сетка границ гранул отсутствует,

-наблюдается наличие границ отдельных гранул в заготовках уел №1,2, 5, что допустимо Был проведен микроструктурный анализ при увеличении 100", который показал, что размер зерна соответствует 6,7, 5 номеру шкалы ГОСТа 5639-82 (31-62 мкм)

В результате проведенного люминесцентного контроля установлено, что на поверхности обточенной заготовки дефектов не обнаружено Контроль, проведенный на ультразвуковом дефектоскопе «УД2-12» показал, что эхосигналов от дефектов, равных или превышающих эхосигнал от плоскодонного отражателя диаметром 1,0мм не обнаружено Таблица 5 - Результаты механических испытаний при комнатной температуре

Наименование Временное сопротивление разрыву ст. МПа Предел текучести <т0,г МПа Относительное удлине-ние, % Относительное сужение, % Ударная вязкость, кгем/см2 Твердость, 0ОТП, мм

Результаты От 1530 От 1096 От 19,2 От 19,8 От 4,4 От 3,05

до 1546 до 1144 до 21,6 до 23,4 до 5,2 до 3,10

Норматив Ы450 2:100,0 £14,0 S16,0 ¿4,0

Таблица 6 - Результаты испытаний длительной прочности

Наименование Температура испытаний, °С Приложенная нагрузка, МПа Время до разрушения, час

Результаты 650 1029* От 19Si5flo367w

650 1078* От 60 "до 101м

Норматив 650 980 2:100м

* выбраны нагрузки, превышающие стандартную нагрузку 980 МПа, для определения потенциала сплава

Таблица 7 - Результата испытаний на МЦУ

Наименование Температура испытания, °С Максимальное напряжение цикла, о, МПа Частота приложения нагрузки, Гц Число циклов до разрушения,

Результаты 650 980 0,25 2 11000

650 1078* 0,25 11151

650 1127* 0,25 От 2225 до 6100

Норматив 650 980 0,25 25000

* выбраны величины, превышающие максимальное напряжение цикла 980 МПа, для опреде тения потенциала сплава

На основании проведенного исследования компактированных заготовок, потученных методом горячего изостатического прессования из гранул жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП, установлено

• Уровень механических свойств заготовки при комнатной температуре превышает требования ТУ 1-801-5160-04 «Заготовки дисков и валов из гран>л жаропрочного никелевого сплава ЭП741 ПН шифра «РП»

• Уровень длительной прочности компактированных заготовок превышает требования ТУ1-801-5160-04

• Характер поверхности изломов и микроструктура ударных образцов соответствуют требованиям ТУ1-801-5160-04

• При люминесцентном контроле и УЗК заготовки уел 5 дефектов не обнаружено

• Сопротивление МЦУ при 650°С сплава производства ОАО «СМКомпания» и ОАО «Композит» превышает значения приведенные в ТУ1-809-941-98 (ОАО «ВИЛС»)

В работе приведены результаты исследований по созданию сварного образца-имитатора роторной конструкции ГТД из жаропрочного сплава ЭП741НП со свариваемой проставкои из сплава АЖК Технологическая часть, заключающаяся в проектировании капсул, моделировании процесса формоизменения (совместно с ООО ЛНТ) при ГИП, изготовлении капсул, получении гранул сплавов ЭП741НП и АЖК, компактировании колец из сплава АЖК, повторном компактировании колец из сплава АЖК совместно с ЭП741НП приводящим к диффузионному соединению АЖК+ЭП741НП и термообработке компактов, выполнена в ОАО «Композит» ОАО «Композит» разработаны технические условия на гранулы АЖК В ФГУП ММПП «Салют» проведены технологические операции, связанные

с ЭЛС, разрезкой образца-имитатора, определением кратковременных механических свойств и длительной прочности

В настоящее время работы в этой области продолжаются в соответствии с программой ФГУП ММПП «Салют» «План - график изготовления демонстратора сварного барабана КВД (ВУО1-2070)» № 01 66 2865

Проведено опробование мишенеи - катодов СДП-2 , полученных методом металлургии гранул, на базе ФГУП ММПП «Салют» и ММПО им В В Чернышева С ММПО им В В Чернышева разработаны совместные ТУ № 1732-409-56897835-2007 «Заготовки катодов, изготовленных из сферических гранул методом горячего изостатического прессования (ТИП)», которые представлены в приложение Б Получено техническое заключение по исследованию качества покрытий от ФГУП ММПП «Салют»

Работа ОАО «Композит» совместно с ООО «Комметпром» по созданию технологии, разработке и организации производства гранульных мишеней для нанесения покрытий награждена серебряной медалью «Металл-Экспо» в 2006 году

Разработанная нами технология получения комбинированного изделия ответственного назначения в виде диска + вала + лопаток, изготовленного методом металлургии гранул, отмечена грамотой на международной конференции ГИП - 2005 (International conference on hot isostatic pressing Pans, May 22-25,2005)

Основные результаты и выводы по работе

1 Усовершенствована технология, разработано дополнительное оборудование и создана комплексная технологическая линия производства высококачественных заготовок ответственного назначения методом металлургии гранул, включающая вовне элементы

- совмещенный узел рассева и магнитной сепарации,

- цеолитовые ловушки в линиях вакуумной системы и плазмотрона,

- сопла плазмотрона с вкладышами из тугоплавких металлов,

- доработанная установка электростатической сепарации, обеспечивающая возможность извлечения керамических включений в мелких (менее 100 мкм) гранулах,

- прибор автоматизированного контроля гранулометрического состава и наличия неметаллических включений, основанный на принципе технического зрения

2 Разработана и успешно опробована технология изготовления сложных комбинированных двух- и трехкомпонентных узлов авиационной и ракетно-космической техники типа

- «Ротор» - стальной вал из стали - гранульный диск из сплавов ЭП741НП -гранульные лопатки из сплавов ЭП741НП или ПДУ, для ТНА, что обеспечило увеличение КИМ на 20-30% и снижение трудоемкости изготовления в 1,5-2 раза,

- «Барабан» - цельносварной ротор компрессора высокого давления взамен КВД с болтовым соединением для ГТД нового поколения, что обеспечивает снижение веса узла на 15-20%, уменьшение вибраций и повышение надежности

3 Развиты научные основы металловедения высокожаропрочных свариваемых гранулированных никелевых сплавов, с привпечением методов интеллектуальной инженерии отработан, предложен и опробован новый гранулированный свариваемый никелевый сплав типа АЖК, имеющий ст, 20 > )250МПа, 5:о > 20%, обеспечивающий надежное соединение со сплавом ЭП741НП и др

Сплав защищен патентом РФ (решение о выдаче патента на изобретение № 200612436(026285) от 05 12 2007)

4 Разработана и успешно опробована инновационная технология гранульной металлургии мишеней для высококачественных покрытий из интерметаллидов никеля на рабочие и сопловые лопатки ГТД, высокотемпературные детали ответственного назначения

Разработанная технология обеспечила

- существенное повышение точности толщины слоя насыпаемого покрытия,

- высокую воспроизводимость физико-механических параметров покрытия,

- отсутствие капельных фаз в покрытиях

5 Проведенные физико-химические исследования и прочностные испытания показали, что заготовки деталей, изготовленные по реализованной в настоящей работе технологии металлургии гранул, отличаются высоким качеством и структурным совершенством в том числе

- низким по сравнению с действующими в отрасли ТУ содержанием кислорода 0,0010,003 % масс вместо 0,006 %,

- отсутствием инородных металлических включений,

- снижение реального уровня неметаллических включений в 2,0-3,0 раза,

- увеличением уровня прочностных характеристик при комнатной и рабочей температурах

6 Разработанные технологические процессы и комплексное оборудование гранульной металлургии обеспечили возможность решения одного из направлений НИОКР в рамках Федеральной целевой программы «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на 2007-201 Ог г и на период до 2015 года»

Опробование результатов данной работы было успешно проведено на базе ОАО «Композит», ФГУБ ММПП «Салют», ММПО им В В Чернышева, ОАО «СМкомпания»

Основное содержание диссертационной работы изложены в следующих публикациях

1 Тимофеев А Н , Логачева А И , Логунов А В , Воробьева С А , Логачев А В , Разумовский И М Патент на изобретение №2257422 «Интерметаллидный сплав на основе ниобия» 2005

2 Логунов А В , Лапин П Г , Соколов В С , Синельников С И , Логачева А И , Деньга Е Г , Таран П В , Воробьева С А Патент на изобретение №2236480 «Сплав на основе хрома» 2004

3 Повышение качества жаропрочных сплавов, получаемых методом металлургии гранул анализ технологических мероприятий / В И Голованов, А И Логачева, А В Логунов, И М Разумовский // Труды 4-й международной конференции в МГУ - М Знание, 2005 - С 356-359

4 Метод механохимического синтеза для создания нанокристаллических №>-А1 сплавов /АН Логачева, А В Логунов, И М Разумовский, В К Портной, К В Третьяков // Физика металлов и металловедение - 2004 - Т 97 - С 79-84

5 Пути повышения качества гранулированных жаропрочных сплавов / В И Голованов, А И Логачева А В Логунов, И М Разумовский // Композиционные материалы в промышленности Материалы 25-й Международной научно-практической конференции -Ялта, 2005-С 30-31

6 Новые металлические материалы и технологии для объектов ракетно-космической техники В И Голованов, А И Логачева, А В Логунов, И М Разумовский, А Н Тимофеев //

Композиционные материалы в промышленности Материалы 24-й Международной научно-практической конференции -Ялта,2004-С 130

7 Получение комбинированных деталей из жаропрочных никелевых сплавов методом металлургии гранул для работы в экстремальных условиях / А И Логачева, А В Логунов, С Ф Маринин, Т Г Богданова, В М Швагирев // Материалы и покрытия в эктремальных условиях Труды 4-й международной конференции -Ялта, 2006 -С 190

8 Метод механохимического синтеза нанокристаллических Nb-Al сплавов / А И Логачева, А В Логунов, И М Разумовский, В К Портной, К В Третьяков // Композиционные материалы в промышленности Материалы 23-й Международной научно-практической конференции -Ялта 2003 - С 92-93

9 Опытно-экспериментальная технология изготовления ротора ГТД методом гранульной металлургии из разнородных сплавов / А Г Береснев А И Логачева, А В Логунов С И Синельников Т Г Богданова // Материалы 5-я международной конференции ТМ СММ - М , 2007г - в печати

10 Патент на изобретение №2299918 «Сплав на основе интерметаллида №А1»

11 Патент на изобретение №2297467 «Сплав на основе интерметаллида N13AI и изделие, выполненное из него»

123аявка № 2006124236 «Жаропрочный сплав на основе никеля»

13 Исследования структуры и мехашгческих свойств гранульного жаропрочного никелевого сплава АЖК в конструкции имитатора сварного ротора компрессора высокого давления авиационного газотурбинного двигателя / А Г Береснев, А В Логунов, А И Логачева, С И Синельников, Т Г Богданова, В Н Ларионов, 10 Г Быков // Деформация разрушения материалов и наноматериалов Сборник статей по материалам 2-й международной конференции -ИМЕТ, 2007- С 296-298 МНекоторые аспекты технологи! изготовления цельносварного ротора КВД / В Н Самаров, Ю Г Быков, В Н Ларионов, А В Логунов, А И Логачева, Е П Кратт, Е И Хомяков // Авиация и космонавтика-2007 Тезисы докладов 6-ой международной конференции - М МАИ 2007 -С 49

15 А В Логунов, А Г Береснев, А И Логачева / Проблемы и перспективы применения металлургии гранул для ракетно-космической техники // Двигатель - 2008 - №2 (56) -С 8-10

16 Инновационная технология получения мишеней для высококачественных покрытий из интерметаллидов никеля методом металлургии гранул / А Г Береснев, А В Логунов, А И Логачева С Г Кравцов//Полет-2008- № 10

17 Береснев А Г, Логунов А В, Логачева А И / Проблемы повышения качества жаропрочных сплавов, получаемых методом металлургии гранул //Вестник МАИ -2008 -Т 15 -№3 - С 83-89

18 Жаропрочные сплавы получаемые методом металлургии гранул / А Г Береснев, А В Логунов, А И Логачева, Т Г Богданова, А В Логачев // Авиакосмическая техника и технология - 2008 -№ 2- С 35-40

Множительный центр МАИ (ГТУ) Заказ от ОЗ О 7200% г Тираж/*£> экз

Введение — проблемы создания ГТД и ДУ 5 поколения и перспективы применения гранульной металлургии.

Глава 1 Преимущества гранульной металлургии жаропрочных никелевых сплавов для получения ответственных деталей ГТД и ДУ.

Литературный обзор).

Глава 2 Совершенствование технологии гранульной металлургии с целью обеспечения повышенного качества заготовок.

2.1 Получение гранул.

2.2 Модернизация установки УЦР.

2.2.1 Модернизация узла плазмотрона.

2.2.2. Модернизация системы подачи горячей воды замкнутого контура для прогрева стенок камеры распыления.

2.3 Совершенствование технологии сепарации и рассева гранул.

2.4 Засыпка гранул в капсулы и их герметизация.

2.5 Модернизация вакуумной печи СШВ-8.12/13ЭИ1 для отжига капсул.

2.5.1 Модернизация стенда для проверки герметичности капсул.

2.6 Газостатическая обработка и деформация в изотермических условиях.

2.7 Выбор режимов и проведение опытных процессов центробежного распыления быстровращающихся слитков-электродов с целью получения качественных гранул заданного фракционного состава.

2.7.1 Оценка качества гранул.

2.7.2 Изготовление опытной партии гранул по оптимальному режиму.

Актуальность

Авиационные двигатели 5 — 6-го поколений должны обеспечивать существенное улучшение летных характеристик перспективных летательных аппаратов. Это предполагается достигнуть за счет повышения параметров рабочего процесса и снижения веса конструкции. Двигатели 4-го поколения, являясь продуктом реализации напряженных национальных программ ведущих авиационных держав мира, уже имеют чрезвычайно высокие параметры цикла и достаточно легкую конструкцию, поэтому дальнейшее движение в этом направлении сопряжено с решением крупных научных, технологических и материаловедческих проблем. Создание авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) 5-го и 6-го поколений, обеспечивающих увеличение удельной тяги (R/G двигателя) с 8 (двигатели АЛ31Ф, РД 33) до 10 (5-го поколения) и 15-20 (6-го поколения), температуры газа перед турбиной с 1700К до 1900-23ООК, связаны в первую очередь с разработкой принципиально новых конструкций, обеспечивающих большую долговечность и надежность, а также созданием материалов и технологий, существенно повышающих температурную работоспособность деталей- узлов, что отличает их от используемых конструкций 4-го поколения.

Анализ развития авиационного двигателестроения показывает, что увеличение параметров двигателя обеспечивается постоянным совершенствованием термодинамического цикла превращения потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию продуктов его сгорания, включая увеличение температуры газа перед турбиной, применением более жаропрочных сплавов и более современной системы охлаждения турбинных лопаток. При этом одновременно существенно растут и трудозатраты. Поэтому вопросы экономии ресурсов становятся особенно важными и актуальными.

Таким образом, двигатель пятого поколения в отличие от своего предшественника будет обладать:

- существенно более высокими удельными параметрами;

- увеличенным ресурсом и надежностью.

Его производство и эксплуатация будет характеризоваться оптимальными трудовыми и материальными затратами.

Повышаются требования и появляются новые критерии и в области создания теплонагруженных деталей нового поколения ракетно-космической техники (РКТ) — увеличение рабочих температур материала горячих узлов РКТ, (в частности - турбонасосного агрегата (ТНА) - с 900-1000К до 1300-1600К), рост долговечности и способности двигателя надежно сохранять характеристики в течение продолжительного срока службы.

Таким образом, развитие современной техники требует создания изделий, обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками в условиях сложного высокотемпературного нагружения, воздействия агрессивной среды, износа, которые весьма эффективно могут быть получены методами металлургии гранул.

К настоящему времени легирование сплавов с целью повышения прочностных показателей (долговечность при более высоких нагрузках и температурах, малоцикловая усталость и др.) достигло такого предела, что получение из них качественных штампованных заготовок становится трудновыполнимым или вообще невозможным [1-2].

Усложнение легирования жаропрочных сплавов и связанное с этим резкое снижение пластичности слитков, ухудшение их деформируемости вызвано уменьшением эффективности гомогенизации (поскольку усиливается дендритная и зональная неоднородность слитка, возникают поры и трещины), сужением оптимального температурного интервала деформируемости, а также самого показателя деформируемости. Указанные факторы являются причиной резкого повышения расхода дорогостоящего металла и трудоемкости производства. Все это, несмотря на использование новейших методов литья, становится препятствием на пути промышленного освоения новых, более легированных жаропрочных сплавов с повышенным комплексом свойств.

Металлургия гранул, сочетающая затвердевание расплава в виде микрослитков-гранул с высокой скоростью охлаждения (104-105 град/с) с их последующей консолидацией (в том числе горячим изостатическим прессованием) и с достижением плотной беспористой структуры, позволяет избежать указанных недостатков.

При этом технология металлургии гранул инвариантна к сложности, как химического состава сплава, так и конфигурации заготовок деталей. Все зависит лишь от совершенства конструкции капсулы, проектируемой с помощью специальных методов расчета.

Такая технология обеспечивает не только получение жаропрочных сплавов с высоким содержанием легирующих элементов, (поскольку дает возможность осуществления гораздо более глубокого диспергирования фазовых и структурных составляющих и резкого снижения уровня дендритной ликвации), но и позволяет осуществлять твердофазное соединение разнородных материалов с плавным переходом одного химического состава в другой и со свойствами зоны соединения не ниже, а в ряде случаев и выше, чем у основных материалов [3].

К несомненным достоинствам метода металлургий гранул следует отнести также возможность изготовления нетто-деталей весьма сложной конфигурации, с минимальной механической обработкой. Детали практически такие же, как в случае литья по выплавляемым моделям. Это обеспечивает снижение расхода ценных шихтовых материалов в 2-3 раза, повышение КИМ с 0,05-0,2 до 0,4-0,8, уменьшение трудоемкости изготовления деталей в 1,5-3,0 раза и соответственно снижение себестоимости готовых изделий [4]. При этом основные механические характеристики превышают свойства материала, полученного традиционной технологией. Кроме того, детали по сечению обладают мелкозернистой структурой и изотропными свойствами, что имеет решающее значение, поскольку разрушение происходит в первую очередь в местах наиболее высокого нагружения или в объемах, обладающих наименьшей прочностью.

По темпам развития рост мирового производства гранульных материалов превышает 10 % в год.

Основными рынками для этих пресс-изделий и других полуфабрикатов является аэрокосмический, автомобильный, машиностроительный, морского оборудования и энергетики. Кроме того, материалы, полученные методами гранульной металлургии, используются в других видах транспорта, в медицине и др.

Качественные детали с размерами, близкими к конечным, полученные методом металлургии гранул и горячего изостатического прессования (ТИП), активно вытесняют обычные поковки и штамповки.

ГИП одновременно применяется для изготовления деталей, используемых в энергетике, реактивных двигателях; для производства биметаллических деталей или деталей с градиентным составом, а также деталей, получаемых методом диффузионной сварки. Их предполагают применять в Boeing RS-83, предназначенном для нового поколения космических челноков. Так фирма Boeing рассматривает возможность использования в Boeing RS-83 никелевого сплава (Inconel 625) для корпуса турбины, который весит 163 кг. Предполагается, что другие детали, произведенные методами порошковой металлургии (ПМ) и ГИП для Boeing RS-83, будут иметь вес до 500 кг [6].

Задача дальнейшего развития порошковой, и в том числе гранульной металлургии признана актуальной в различных странах. Так в Китае, работы по совершенствованию методов и увеличению объемов применения порошковой металлургии являются составной частью государственной программы HYPR [10].

Перспективность производства , в указанной области связывают с активизацией решения проблем дальнейшего повышения качества и уровня механических свойств специальных пресс-изделий, расширения их номенклатуры, а также увеличения производительности и снижения энергозатрат.

Цель представленной работы: Разработка материалов и технологий получения сложных комбинированных деталей- узлов, обеспечивающих создание двигателей авиационной и космической техники новых поколений на базе активного развития методов и процессов гранульной металлургии высокожаропрочных никелевых сплавов.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ создание научных основ, разработка технологии и апробация: сложных комбинированных узлов из разных жаропрочных сплавов и сталей:

- типа «Ротор» ( стальной вал - гранульный диск - гранульные лопатки) для двигателя РКТ малой тяги, обеспечивающих увеличение КИМ на 20-30%, снижение трудоемкости изготовления в 1,5-2 раза;

- типа «Барабан» - цельносварного ротора компрессора высокого давления (КВД) взамен болтового соединения, что позволит снизить вес компрессора на 15-20%, уменьшить уровень вибраций и существенно повысить надежность; получение качественных мишеней для нанесения жаростойких и коррозионностойких покрытий на основе интерметаллида Ni3Al с высоким содержанием иттрия для рабочих и сопловых лопаток современных ГТД; ® разработка и оптимизация высокожаропрочного свариваемого гранульного никелевого сплава, не имеющего аналогов; ® усовершенствование технологии гранульной металлургии, включая разработку методики и прибора контроля качества гранул;

• исследование структуры и свойств материала комбинированных деталей.

Научная новизна:

• Развиты научные основы разработки и оптимизации состава свариваемого гранулированного жаропрочного сплава АЖК с использованием метода интеллектуальной инженерии. Определены комплексные технологические подходы к совершенствованию технологии гранульной металлургии получения сложных комбинированных деталей из никелевых жаропрочных сплавов с целью обеспечения повышенного качества заготовок. Предложена инновационная технология изготовления мишеней для высококачественных покрытий из интерметаллидов никеля на детали ответственного назначения. На защиту выносятся:

1 Усовершенствованная технология гранульной металлургии получения сложных комбинированных деталей ответственного назначения из никелевых жаропрочных сплавов.

2 Комплексная технологическая линия и модернизированный процесс получения высококачественных заготовок методом металлургии гранул.

3 Обоснованный оптимизированный состав свариваемого гранулированного жаропрочного никелевого сплава АЖК.

4 Инновационная технология изготовления мишеней для высококачественных покрытий из интерметаллидов системы никель- алюминий с высоким содержанием иттрия

5 Результаты металловедческих и прочностных исследований влияния усовершенствованной технологии на микроструктуру и механические свойства гранулированных жаропрочных никелевых сплавов ЭП741НП и АЖК

Практическая ценность представленной работы заключается в том, что: ® разработанная комплексная технология получения высококачественных заготовок деталей сложной формы из жаропрочных никелевых сплавов, в том числе комбинированных, обеспечила возможность выполнения одного из направлений ЫИОКР Федеральной целевой программы «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на 2007-20Юг.г. и на период до 2015 года».

• Разработан оптимизированный состав свариваемого гранулированного никелевого жаропрочного сплава (положительное решение по заявке № 2006124236/02(026285) от 05.12.2007) и принято решение об его опробовании ФГУП ММ! 111 «Салют» в рамках реализации программы «План — график изготовления демонстратора сварного барабана КВД (ВУ01-2070)» № 01.66.2865. Проведено опробование дисков из сплава ЭП741НП на СМК, полученных по усовершенствованной технологии, получен прирост по всем прочностным характеристикам на 15-20%. Изготовлена и опробована комбинированная модель демонстратора KB ДТП из сплавов ЭП741НП и АЖК на предприятии ФГУП ММПП «Салют». ® Изготовлены методом металлургии гранул и опробованы мишени СДП-1 и СДП-2 на ММПП «Салют» и МППО им. В.В.Чернышева. Получено положительное техническое заключение по исследованию качества покрытий на ФГУП ММПП «Салют», Разработанная технология положена в основу «Технических условий» ТУ № 1732-409-56897835-2007 «Заготовки катодов, изготовленных из сферических гранул методом горячего изостатического прессования (ТИП)». Работа ОАО «Композит» совместно с ООО «Комметпром» по созданию технологии, разработке и организации производства гранульных мишеней для нанесения покрытий награждена серебряной медалью «Металл-Экспо» в 2006 году.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на 24-й и 25-й Международных конференциях «Композиционные материалы в промышленности» Ялта, Крым, 2005; 4-й Международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях», Жуковка, Крым, 2006; 4-й и 5-й Московских Международных конференциях «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов, (ТПКММ), МГУ, Москва, 2005-й и 2007; ГИП - 2005 (International conference on hot isostatic pressing. Paris, May 22-25, 2005); 2-й Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН, Москва, 2007; 6-й Международной конференции «Авиация и космонавтика», МАИ, Москва, 2007, 10-й европейской конференции ЕВРОМАТ- 2007 (EUROMAT -2007), Нюрнберг, Германия, 10-13 сентября 2007.

Разработанная нами технология получения комбинированного изделия ответственного назначения в виде диска + вала + лопаток отмечена грамотой на

10 международной конференции ГИП — 2005 (International conference on hot isostatic pressing. Paris, May 22-25,2005).

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы подтверждена 5-ю патентами РФ, 9 статьями и тезисами в научно-технических журналах и сборниках.

Основные результаты и выводы по работе

1. Усовершенствована технология, разработано дополнительное оборудование и создана комплексная технологическая линия производства высококачественных заготовок ответственного назначения методом металлургии гранул, включающая новые элементы:

- совмещенный узел рассева и магнитной сепарации,

- цеолитовые ловушки в линиях вакуумной системы и плазмотрона,

- сопла плазмотрона с вкладышами из тугоплавких металлов, доработанная установка электростатической сепарации, обеспечивающая возможность извлечения керамических включений в мелких (менее 100 мкм) гранулах,

- прибор автоматизированного контроля гранулометрического состава и наличия неметаллических включений, основанный на принципе технического зрения.

2 Разработана и успешно опробована технология изготовления сложных комбинированных двух- и трехкомпонентных узлов авиационной и ракетно-космической техники типа:

- «Ротор» - стальной вал из стали — гранульный диск из сплавов ЭП741НП - гранульные лопатки из сплавов ЭП741НП или ПДУ, для ТНА, что обеспечило увеличение КИМ на 20-30% и снижение трудоемкости изготовления в 1,5-2 раза;

- «Барабан» - цельносварной ротор компрессора высокого давления взамен КВД с болтовым соединением для ГТД нового поколения, что обеспечивает снижение веса узла на 15-20%, уменьшение вибраций и повышение надежности.

Технология изготовления детали типа «Ротор» отмечена грамотой 4-го международного конгресса ГИП-2005 (Париж, 2005).

3 Развиты научные основы металловедения высокожаропрочных свариваемых гранулированных никелевых сплавов; с привлечением методов интеллектуальной инженерии отработан, предложен и опробован новый

20 гранулированный свариваемый никелевый сплав типа АЖК, имеющий oD > 1250МПа, 820 > 20%, обеспечивающий надежное соединение со сплавом ЭП741НП и др.

Сплав защищен патентом РФ (решение о выдаче патента на изобретение №> 200612436(026285) от 05.12.2007)

4 Разработана и успешно опробована инновационная технология гранульной металлургии мишеней для высококачественных покрытий из интерметаллидов никеля на рабочие и сопловые лопатки ГТД, высокотемпературные детали ответственного назначения.

Разработанная технология обеспечила:

- существенное повышение точности толщины слоя насыпаемого покрытия; высокую воспроизводимость физико-механических параметров покрытия;

- отсутствие капельных фаз в покрытиях

Работа ОАО «Композит» совместно с ООО «Комметпром» по созданию технологии, разработке и организации производства гранульных мишеней для нанесения покрытий награждена серебряной медалью «Металл-Экспо» в 2006 году

5 Проведенные физико-химические исследования и прочностные испытания показали, что заготовки деталей, изготовленные по реализованной в настоящей работе технологии металлургии гранул, отличаются высоким качеством и структурным совершенством в том числе:

- низким по сравнению с действующими в отрасли ТУ содержанием кислорода 0,001-0,003 % масс вместо 0,006 %;

- полным отсутствием инородных металлических включений;

- снижение реального уровня неметаллических включений в 2,0-3,0 раза;

- увеличением уровня прочностных характеристик при комнатной и рабочей температурах.

6 Разработанные технологические процессы и комплексное оборудование гранульной металлургии обеспечили возможность решения одного из направлений НИОКР в рамках Федеральной целевой программы «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на 2007-20Юг.г. и на период до 2015 года».

Опробование результатов данной работы было успешно проведено на базе ОАО «Композит», ФГУП ММПП «Салют», ММПО им. В.В. Чернышева, ОАО «СМкомпания».

1. Н. Основы направления развития материалов для авиакосмической техники XX1.века // Перспективные материалы - 2000.- № 3,-С. 27.

2. Перспективы производства авиационно-космических материалов и процессы их обработки в начале 21 века / Г. С. Гарибов и др. // Технология легких сплавов — 2002 — № 4 — С. 106.

3. Демченков Г. Г. Области применения и пути дальнейшего совершенствования металлургии гранул титановых сплавов // Технология легких сплавов — 2000 — № 6 — С. 50.

4. Развитие жаропрочных никелевых сплавов для дисков газовых турбин / Б. И. Бондарев и др. // Технология легких сплавов 1999.— № 3.— С. 49.

5. Новые технологии расширяют области применения порошковой продукции / О. П. Кулик и др. // Порошковая металлургия.- 2001- № 5-6 С. 123.

6. Schaefer D. L., Trombino С. J. 11 International J. of Р/М.-2003,- V. 39,- № 5.-P. 31.

7. Tengzelius J., Grinder O. // International J. of P/M 2002.-V. 38,- № 4 p.19

8. Congress Guide // 2002 World Congress on Powder Metallurgy and Particulate Materials (PM2 TEC 2002 Congress MPIF). June 16-21.- 2002.-Orlando, Fl. USA - P. 137.

9. Бережной В. Л. Направления исследований и технологические тенденции в производстве полуфабрикатов из легких порошковых сплавов // Технология легких сплавов — 2003— № 1- С. 47.10 3-ий HYPR Симпозиум в 1999 году, Китай.

10. Мусиенко В. Т. Совершенствование технологии производства заготовок из жаропрочных никелевых сплавов для получения гранул методом центробежного распыления // Технология легких сплавов — 1999 — № 4 — С. 35.

11. Мусиенко В. Т. Некоторые итоги разработки технологии производства гранул жаропрочных никелевых сплавов для изготовления изделий авиакосмической техники // Технология легких сплавов — 2000 — № 6 С. 72.

12. Гарибов Г. С. Современный уровень развития порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов // Технология легких сплавов -2000.-№6.-С. 58.

13. Петров С. Г. Производственно-технический опыт.— 1994 — С. 26

14. Разработка перспективных технологий для жаропрочных никелевых сплавов / О. X. Фаткуллин и др. // Технология легких сплавов 1999.- № 3 - С. 53.

15. Eisen W. В. The Current Status of as-HDPed Superalloys in Aircraft Engines. // Book. Proceeding of International Techno Business Conference on the Superalloys Industry "Superalloys for Gas Turbine".- Tampa, Florida, USA, 1998.-P. 73.

16. Манегин Ю. В. Металлургические полуфабрикаты из порошковых высоколегированных сталей и сплавов // Технология металлов 2003.- № 2 — С. 23.

17. Мамонтов А. В. Некоторые аспекты технологии получения гранул при повышенных скоростях кристаллизации расплава// 24 Гагарин. Чтения. Сб. тез. докл. Всерос. молод, науч. конф. Ч. 1.-М.-1998.- С. 50.

18. Johnson Р. К. // International J. of Р/М.- 2002.- V. 38-№ 3.- P. 43.

19. Johnson P. К. // International J. of P/M.-2003.- V.39.-№ 3.- P. 21.

20. Metal Powder Report IX.- I998.-V. 53.- № 9,- P. 44.

21. Uskokovic D. P. // Book. Proceeding of the 1 Yugoslavian Advanced Materials Conference. Materials Science Forum-1996.- V. 214-P. 189.

22. Повышение механических свойств гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов за счет легирования и обработки давлением / О. X. Фаткуллин и др. // Технология легких сплавов.- 2001.— № 5-6 — С. 149.

23. ВИМИ. Per. № У80603, Г34453. Отчет ВИАМ 96г.

24. ВИМИ. Per. № Е76353. Заключение ВИАМ 93г.

25. ВИМИ. Per. № Е76352. Заключение ВИАМ 93г.

26. Повышение пластичности (вплоть до сверхпластичности) гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов / О. X. Фаткуллин и др. // Технология легких сплавов 2002 — № 4.— С. 1181

27. Современные достижения металлургии гранул и технологии биметаллических деталей и деталей сложной формы / М. 3. Ерманок и др. // Технология легких сплавов — 2000 —№ 6 — С. 78.

28. Гарибов Г. С. Металлургия гранул в авиадвигателестроении // Технология легких сплавов 2001—№ 5-6 — С. 138.

29. Гэ Цзы Гань База разработки и исследования авиационных материалов в Китае // Технология легких сплавов — 2002 — №5 6 — С. 11.

30. Гарибов Г. С., Чепкин В. М. Кузнечно-штамповочное производство // Обраб. матер, давлением 2002 - № 6 - С. 32-36.

31. Гарибов Г.С. // Технология легких сплавов 1998 - № 5 - 6.- С. 107.

32. Гарибов Г., Елисеев Ю., Гольдинский Э. Потенциал металлургии гранул // Нац. Металлургия.- 2001№ 1.- С. 34.

33. Громыко Б. М. и др. Влияние условий испытаний на функциональные и механические свойства гранулированного никелевого сплава ЭП741НП // МиТОМ.- 2003.- № 6.- С. 17.

34. Железняк О. Н., Громыко Б. М., Зайцев М. В. Структурные изменения в гранулированном жаропрочном никелевом сплаве ЭП741НП под воздействием водорода // МиТОМ.- 2003.-№ 6 С. 23.

35. Аношкин Н. Ф. Анализ потребностей и возможностей создания новых материалов на основе титана в ближайшее десятилетие // Технология легких сплавов,- 1999.-№ 3,- С. 39.

36. J. of the Minerals, Metals and Materials Society IV.- 2001-V. 53.-№ 41. P. 39.

37. Sears J. W. // International J. of P/M.- 2003- V. 39.-№ 3.- P. 46.

38. Демченков Г. Г., Мусиенко В. . Металлургия гранул титановых сплавов: перспективы и пути развития // Технология легких сплавов.- 2001.-№5 6.- С. 132.

39. Лапин В. Л., Петридис Н. И. Переработка отходов труднообрабатываемых материалов электроэрозионным диспергированием // Всероссийская научно-техническая конференция "Новые материалы и технологии 98"-М.: МАТИ-РГТУ им. К.Э.Циолковского.- С. 320.

40. Тетюхин В. В., Иванов А. В., Альтман П. С., Фомичев В. С. Установка для гранулирования расплавов. Пат. 2185932 Россия, МПК {7} В 22 F 9/12. ОАО Верхнесалдин. металлург. ПО. N 2000123016/02; Заявл. 04.09.2000; Опубл. 27.07.2002.

41. Metal Powder Report, XI.- 1998.- V. 53.- № 11.- P. 4.

42. Сысоева H. В., Моисеев В. Н. Применение металлургии гранул при разработке титановых сплавов с интерметаллидным упрочнением // Технология легких сплавов.— 2000— № 6.— С. 45.

43. Сысоева Н. В., Полякова И. Г., Карпова И. Г. Структура и микротвердость гранул сплава ВТ22, дополнительно легированного углеродом и бором // МиТОМ.-1996.-№ 12.- С. 25.

44. Сысоева Н. В., Моисеев В. Н. Высокопрочные гранулированные титановые сплавы с интерметаллидным типом упрочнения. — МиТОМ, 2002.-№ 7,- С. 38.

45. Conference Titanium Alloys at Elevated Temperature. Structural Development and Service Bebaviour.-University of Birmingham, UK, 2000.

46. Proceedings European Congress and Exhibition on Powder Metallurgy (Euro PM 2001).-Nice, France, 2001.- V. 2.

47. ВИМИ. Рег.№ E76504. Заключение. ВИАМ 93r

48. Полькин И. С. Основные направления развития технологии производства титановых полуфабрикатов // Технология легких сплавов—1999.-№1-2.-С. 43.

49. ВИМИ. Рег.№ У83436, Г37070. Отчет ЦНТИ ПОИСК 01

50. ВИМИ. Per. № У84815. ОКР 2001-2003

51. Fujii Hideki, Fujisawa Kazuo, Takahashi Kazuhiro, Yamazaki Tatsuo // Nippon Steel Techn. Rept.-2002.-№ 85 C. 77.

52. Аношкин H. Ф., Демченков Г. Г. Нов. технол. процессы и надеж. ГТД.-1999-№ 1- С. 57.

53. Добромыслов А. В. и др. Образование аморфных и неравновесных фаз в Ti Ni и Ti - Си сплавах, синтезированных механическим сплавлением под высоким давлением // Материаловедение — 2002.— № 1.— С. 32.

54. Синтез моноалюминидов никеля, легированных титаном при механической сплавлении порошков металлов / В. К. Портной, А. М. Блинов, И. А. Томилин и др.// ФММ- 2003.- Т. 96.- № 2,.- С. 78.

55. Kellie J.L.F., Wood J.V. 11 Powder Metall.-2000.- V. 43,- P. 105.

56. Liu Y. e.a. // International J. of P/M.- 2003,- V. 39.-№ 2.- P. 29. 60. Силин М.Б.,Жаров M.B. // Всероссийская научно-техническаяконференция "Новые материалы и технологии 98",— М.: МАТИ-РГТУ им. К.Э.Циолковского.- С. 92.

57. Bishop D. P., Cahoon J. R., Chaturvedi M. С. e.a // Mater. Sci.- 1998.- V. 33.-№15.- С. 3927.

58. Шмаков Ю.В. и др. Новые материалы для использования в приборах и машинах высокой точности // Технология легких сплавов — 2002— № 1.- С. 12.

59. J. of the Minerals, Metals and Materials Society, X 2000.-V. 52 .-№ 10,1. P. 52.

60. Advanced Materials and Processes, V 2000 - V. 157 - № 5 - P. 12.

61. J. of the Minerals, Metals and Materials Society, IV 2001,- V. 53.- № 41. P. 14.

62. Гарибов Г. С. Смотр мировых достижений горячего изостатического прессования // Технология легких сплавов.— 2002- № 5 -6.- С. 45.

63. Буславский JI. С., Гарибов Г. С. Исследование влияния схемы ГИП на качество заготовок дисков из гранул жаропрочных никелевых сплавов // Технология легких сплавов 2001.— № 2 - С. 38.

64. Самаров В. Н. ГИП деталей сложной формы. Итоги и проблемы // Технология легких сплавов,— 2000 — № 6 — С. 69.

65. Самаров В. Н., Селивестров Д. Г. Эволюция и место процесса горячего изостатического прессования в системе представлений обработки металлов давлением // Технология легких сплавов —1999,—№ 4.— С. 31.

66. Самаров В.Н., Селивестров Д.Г., Кратг Е.П. // Кузнечно-штамповочное производство.— 1998 —№2.

67. Самаров В. Н., Кратг Е. П., Магеррамова JI. А., Захарова Т. П. // Новые технологические процессы и надежность ГТД.— 1999,—№ 1.— С. 100.

68. Пановко В.М., Пименов А.Ф. Основные технологические проблемы формирования материалов при обработке давлением порошковых частиц // Материаловедение 1999-№ 12-С. 48.

69. Кузимов А.В., Штерн М.Б. Влияние твердого инварианта на свойства и структуру определяющих соотношений порошковых материалов // Порошковая металлургия.- 2003,- № 7-8- с.1.

70. Niu Н. J., Chang I. Т. Н. // Scr. Mater.- 1999.-V.- 41№ 5.- P. 481.

71. J. of the Minerals, Metals and Materials Society, IX 2001, V. 53- № 9.1. P. 40.

72. Реклама: Технология DMD™ — прямое нанесение металла

73. Metal Powder Report VII, VUI.-2000.- V. 58.-Ж7-8,- P. 7.

74. Zhang Yongzhong, Shi Likai, Zhang Pingzhi, Xu Jun. Xiyou jinshu cailiao yu gongcheng II Rare Metal Mater, and Eng.- 2000.-V. 29.-№ 6.- P. 361.

75. J. of Metals, XU- 1998,- V.50.-№ 12,-P. 17.

76. Фрейдин Б.М. и др. Получение структур, активно поглощающих тепловые нейтроны, методом механического легирования // Вопросы материаловедения.- 2002 -№1 С. 415^117,472,473.

77. Industrial Heating, IV.-2000.- V. 67.-N4,-P. 33.

78. Advanced Materials and Processes,V.-2001V.l59.- № 5.- P. 44.

79. Eschbach L., Solenthaler C., Uggowitzer P. J., Speidel M. О. I I Mater. Sci. andTechnol- 1999.-V. 15,-№ 8.-P. 926.

80. Metal Powder Report, VI.- 2000,- V.55.- № 6.-P .22.

81. Metal Powder Report, VI.- 2000,- V-.55 № 6.- P .26-28,31.

82. Metal Powder Report, VI.-2000.-V. 55.-№6.-P. 12-14,16,18-21.

83. Анциферов В. H., Храмцов В. Д. Способы получения и свойства высокопористых проницаемых ячеистых металлов и сплавов // Перспективные материалы.- 2000,- № 5.- С. 56.

84. Advanced Materials and Processes HL- 2001 V. 159.- №3- P. 25.

85. Riccery .R, Matteazzi P. // International J. of P/M 2003.- V. 39.-№3 - P.53.

86. Zeitschrift fur Metallkunde, IV.- 2000,- Bd 9.- № 2.- S. 291.

87. Трудов А.Ф.,Арисова B.H. // Перспективные материалы 2001.- № 31. С. 74.

88. Ивасишин О.М. и др. Синтез сплава Ti-6A1-4V с низкой остаточной пористостью методом порошковой металлургии // Порошковая металлургия.-2002.-№7-8,- С. 54.

89. Портная З.Н. Теплое компактирование порошковых материалов // Технология металлов — 2003.— № 3 С. 44.

90. Комплект проспектов «Leading-edge Press Technology from SMS MEER. Ultimate precision in complex multy-level sintered parts."

91. Berezhnoy V.L. Multipurpose Friction-Assisted Indirect Extrusion Technology // The Proc. 7th International Aluminium Extrusion Technology Seminar.-Chicago, ILL, USA, 2000.-V. l.-P. 177.

92. Самаров В. H. Вопросы теории и технологии горячего изостатического прессования деталей сложной конфигурации: Автореф. дне. на соиск. учен, степени доктора техн. наук.-М.: ВИЛС, 1993.-49 с.

93. Шиварнов Н. С. Исследование совместного изостатического прессования гранул никелевого сплава с конструкционной сталью и разработка процесса изготовления комбинированных крыльчаток сложной формы методом

94. ГИП: Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. Наук.-М.: ВИЛС, 1996.- 120 с.

95. Тимофеев А. Н., Логачева А. И., Логунов А. В., Воробьева С. А., Логачев А. В., Разумовский И. М. Патент на изобретение №2257422 «Интерметаллидный сплав на основе ниобия». 2005 г.

96. Логунов А. В., Лапин П. Г., Соколов В. С., Синельников С. И., Логачева А. И., Деньга Е. Г., Таран П. В., Воробьева С. А. Патент на изобретение №2236480 «Сплав на основе хрома». 2004 г.

97. Логачева А. И., Логунов А. В., Разумовский И. М., Портной В. К., Третьяков К. В. Метод механохимического синтеза для создания нанокристаллических Nb-Al сплавов //Физика металлов и металловедение.-2004.- Т. 97 С. 79-84.

98. Патент № 2299918 «Сплав на основе интерметаллида NiAl».

99. Патент №2297467 «Сплав на основе интерметаллида Ni3Al и изделие, выполненное из него».

100. Заявка №2006124236 «Жаропрочный сплав на основе никеля».

101. Технический отчет № 0- 509-88071/90-127 1990

102. ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ №07-01/398-2005 по исследованию гранульных компактированных заготовок из сплава марки ЭП741НП изготовленных ОАО «СМКомпания» и ОАО «Композит».

103. Технический отчет. «Исследование гранулированных компактных заготовок из сплава ЭП741НП производства ОАО «Композит» и АО «Ступинская металлургическая компания»»- 2004

104. Береснев А. Г., Логачева А. И., Логунов А. В. Проблемы и перспективы применения металлургии гранул для ракетно-космической техники // Двигатель 2008 - № 2 - С. 8-10.

105. Ломберг Б. С. Жаропрочные сплавы и материалы для дисков ГТД // Сборник. Авиационные материалы на рубеже 20-21 веков М.: ВИАМ, 1994.-С. 258-265.

106. Масленков С. Б., Масленкова Е. А. Стали и сплавы для высоких температур //М.: Металлургия, 1991,- т.2 С. 391-392.

107. Казберович А. М. Перспективные технологии металлургии гранул жаропрочных никелевых сплавов // ТЛС — 2007 — №1 — С. 79—83.

108. Лашко С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов — М.: Машиностроение, 1988,- С. 337.

109. Суперсплавы 2: Жаропрочные материалы для аэрокосмических установок / под ред. Ч. Т. Симса, Н. С. Столоффа, У. К. Хагеля- М.: Металлургия, 1995,-С. 280.

110. Жаропрочные сплавы / Ч. Сиш, В. Хагель — М.: Металлургия, 1976-С. 481.

111. Б.Е.Патон, Г.Б.Строганов, С.Т.Кишкин, С.З.Бокштейн, А.В.Логунов и др. Жаропрочность литейных никелевых сплавов и защита их от окисления-Киев.Наукова думка, 1987- С. 131.

112. Жаропрочные эвтектические сплавы / С. Т. Кишкин, Н. В. Петрушин, И. Л. Светлов // Авиационные материалы на рубеже 20-21 веков. Сборник.-М.:ВИАМ, 1994,- С. 253.

113. Структура и свойства гранулируемых никелевых сплавов / А. Ф. Белов, Н. Ф. Аношкин, О. X. Фаткуллин.-М.: Металлургия.- С. 63-65.

114. Логунов А. В. Литейные жаропрочные сплавы для лопаток ГТД. // Производство высокотемпературных литых лопаток авиационных ГТД / Под ред. С. И. Яцыка.-М.: Машиностроение, 1995 С. 256.

115. Бокштейн С. 3., Гинзбург С. С., Кишкин С. Т., Разумовский И. М., Строганов Г. Б. Авторадиография поверхностей раздела и структурная стабильность сплавов-М.: Металлургия, 1987-272 с.

116. Пономарев Ю. И., Кистэ Н. В., Кляцкин А. С., Мельников Н. А. // Обработка легких и специальных сплавов.-М.: ВИЛС, 1996 С. 419.

117. Морозова Г.И. //ДАН СССР.- 1991.-Т. 320-№ 6.-С. 1413 1416.

118. Аношкин Н. Ф. // Металлургия гранул М.: ВИЛС, 1993- вып. 6 - С.15.

119. Технические условия. Заготовки литые шлифованные из сплава ЭП741НП для распыления, ТУ 1798 -399-56897835-2006.

120. Белов А. Ф. Новые металлургические процессы путь к повышению качества и эффективности использования металлов // Известия АН СССР. Металлы.-1981.- № з с. 4-9.

121. Гарибов Г. С. Металлургия гранул — путь повышения качества ГТД и эффективности использования металла // Газотурбинные технологии 2004,- № 5.- С. 22-27.

122. Гарибов Г. С, Чепкин В. М. Прогресс в технологии производства деталей ГТД методом металлургии гранул основа успешного развития авиадвигателестроения. // Кузнечно-ыггамповочное производство. Обработка материалов давлением,— 2002 — № 7 — С. 18—22.

123. Garibov G. S. Improvement in Performance Characteristics of as-HlPed PM Superalloy Discs // Proceedings of the 2005 International Conference on Hot Isostatic Pressing. Paris, May 22-25,2005. Paris: SF2M, 2005. P. 221-233.

124. Гарибов Г. С, Сизова Р. Н., Ножницкий Ю. А. и др. Перспективы производства авиационно-космических материалов и процессы их обработки в начале XXI века // Технология легких сплавов 2002.- № 4 - С. 106-117.

125. Гарибов Г. С. Металлургия гранул основа создания перспективных авиационных двигателей // Технология легких сплавов.— 2007 - № 1 — С. 66- 78.

126. Логунов А.В., Береснев А.Г., Логачева А.И. Проблемы и перспективы применения металлургии гранул для ракетно-космической техники // Двигатель. 2008. - №2 (56) - С.8-10.

127. Береснев А.Г., Логунов А.В., Логачева А.И., Кравцов С.Г. Инновационная технология получения мишеней для высококачественных покрытий из интерметаллидов никеля методом металлургии гранул // Полет. -2008.-№10.

128. Береснев А.Г., Логунов А.В., Логачева А.И. Проблемы повышения качества жаропрочных сплавов, получаемых методом металлургии гранул // Вестник МАИ. 2008. - №2

129. Береснев А. Г., Логунов А. В., Логачева А. И., Богданова Т. Г., Логачев А. В. Жаропрочные сплавы, получаемые методом металлургии гранул // Авиакосмическая техника и технология. 2008. — №2 — С.35-40.1. Код ОКП 179829

130. Группа В 56 Код ОКС 77.120.50x^YA 0 с к оY^-у^^^даёрж даюгенеральногоо\ ^^^^^орт-Ъл О «Композит»ста У -,0|1. А. Н. Тимофеев 2006 г.

131. ГРАНУЛЫ ИЗ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА АЖК

132. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТУ 1798 402 - 56897835 - 2006

133. Дата введения: 2006 12 - 21

134. Разработано: Начальник отдела 0102

135. Начальник Б/ЧИОС-8 —а.а.зотов2006 г.

136. Подпись и дата Никель Хром Алюминий Молибден Ниобий Гафний Кобальт Кремний

137. Основа 15,016,0 4,05,0 7,09,0 2,53,5 0,10,4 5,07,0 <0,51. Примеси, не более

138. Железо Марганец Углерод Кислород Азот Водород Фосфор Сера

139. УО >. Г1 С 0,5 0,5. 0,01 0,007 0,003 0,017 0,015 0,009

140. ТУ 1798 402 - 56897835 - 2006

141. Или Лист ЛГа до кум Подп Датас; Г) О С ret ic. Рачраб. Логачева Гранулы из жаропрочного сплава АЖК Технические условия Литера JIllCl ЛнСТ OD

142. Проверил Зотов л 21. Но ОАО «Композит» 1. Н. контр. 11сря 11 иснпа