автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка технологии модификации поверхности лопаток КВД из жаропрочных α+β-титановых сплавов с применением сильноточных импульсных электронных пучков

УДК 621. 38+ 539. 1 На правах рукописи

Белов Александр Борисович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ЛОПАТОК КВД ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ а+р - ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИЛЬНОТОЧНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ

ПУЧКОВ

Специальность: 05. 07. 05. - "Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов"

АВТОРЕФЕРАТ ^ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005 г.

Работа выполнена в ОАО ММП имени В.В. Чернышева.

Научный руководитель:

- доктор физико-математических наук

Шулов Вячеслав Александрович; Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор

- Григорьев Сергей Николаевич;

- кандитат технических наук, доцент

- Якушин Владимир Леонидович;

Ведущая организация: Государственное унитарное предприятие ТМКБ «СОЮЗ», г. Москва.

Защита состоится "_" _ 2005 года в_ на заседании

диссертационного совета Д 212. 125. 08 в Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу:

125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета)

Автореферат разослан ¿-//¿¿?//<7 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212. 125. 08, доцент, к.т.н._/f¿___Никипорец Э. Н.

ше>-ч

95*36

з

Общая характеристика работы

Повышение требований к эксплуатационным характеристикам, экономичности и надежности газотурбинных двигателей (ГТД), что обусловлено необходимостью увеличения ресурса, создает большие

сложности при выборе материалов и разработке технологических процессов изготовления из этих материалов наиболее нагруженных деталей вентилятора, компрессора и турбины ГТД (лопатки и диски). Решить данную проблему можно только с использованием комплексного подхода, включающего с себя разработку новых материалов, улучшение уже применяемых сплавов, развитие методов изготовления заготовок из них и способов модифицирования поверхности деталей. Среди всех материалов авиационной техники особое место занимают титановые сплавы, которые являются одними из основных конструкционных материалов в отрасли. Для деталей, изготовленных из псевдо-а и а+Р-титановых жаропрочных сплавов, характерна совокупность высоких прочностных и коррозионных свойств при относительно низкой плотности и хорошей обрабатываемости. Перспективным представляется разработка новых [3- и, особенно, у-титановых сплавов, причем последние могут почти полностью заменить в авиационном двигателестроении жаропрочные стали и даже никелевые сплавы.

Общая же тенденция в авиационном двигателестроении остается неизменной на протяжении последних 20 лет. На первом месте находятся проблемы снижения затрат на производство и эксплуатацию двигателей при снижении их веса и повышении рабочих характеристик на базе уже созданных материалов при максимально возможном увеличении эффективности использования этих материалов для изготовления наиболее нагруженных компонентов ГТД. Среди наиболее известных методов инженерии поверхности деталей ГТД, таких как, нанесение гальванических покрытий, химико-термическая обработка (альфирование, азотирование, гидрирование и др.), детонационное упрочнение, плазменное нанесение покрытий, вакуумно-плазменная технология высоких энергий, электроискровой метод, анодирование, гидродробеструйная обработка, лазерная обработка, виброгалтовка, ультразвуковое упрочнение, микродуговое оксидирование и др., обработка поверхности деталей из титановых сплавов пучками заряженных частиц занимает особое место. Это обусловлено возможностью модифицировать поверхностные слои без изменения физико-химического состояния материалов в объеме детали, причем методика модификации материала в поверхностных слоях толщиной от нескольких нанометров до нескольких десятков микрометров происходит в результате взаимодействия высокоэнергетических ионов и электронов с мишенью на уровне элементарных частиц, что позволяет конструировать уникальное состояние материала на нанометровом уровне. Кроме того, обработка поверхности деталей из

многие

проблемы, связанные с «технологической наследственностью» при реализации различных операций технологического процесса изготовления этих деталей.

Эффективность использования ионной имплантации и обработки мощными ионными импульсными пучками уже была доказана результатами работ Гусевой М.И., Сулимы A.M., Смыслова A.A., Ремнева Г.Е., Рябчикова А.И., Шулова В.А. и Ягодкина Ю.Д. для деталей авиационной техники из сталей, жаропрочных титановых и никелевых сплавов, а облучение сильноточными импульсными электронными пучками (СИЭП) - данными полученными Пайкиным А.Г. для лопаток компрессора КВД из жаропрочных сталей ферритного и аустенитного классов ЭП866ш и ЭП718ИД. В то же время исследований, направленных на модификацию свойств деталей из титановых сплавов с помощью СИЭП, до сих пор, практически, проведено не было, за исключением работ Д.И. Проскуровского, В.П. Ротштейна и В.А. Шулова, выполненных на модельных образцах из сплавов ВТ6 и ВТ18У, подвергнутых облучению на ускорителе ИСЭ (Институт Сильноточной Электроники СО РАН, г. Томск) низкоэнергетическим электронным пучком (Е=10-30 кэВ). Были получены данные о возможности, посредством обработки поверхности мишеней из титановых сплавов СИЭП, повышения таких эксплуатационных свойств, как жаростойкость, усталостная прочность и коррозионная стойкость, в результате плавления и высокоскоростной перекристаллизации материала поверхностных слоев толщиной несколько микрометров. Однако были выявлены и негативные последствия обработки СИЭП: формирование поверхностных микродефектов, имеющих форму кратеров (кратерообразование) и являющихся концентраторами напряжений при усталостном нагружении, к которым особо чувствительны детали из жаропрочных титановых сплавов. Большой научный интерес и практическую значимость представляют ускорители СИЭП, разработанные проф. В.И. Энгелько в НИИЭФА имени Д.В. Ефремова (г. Санкт-Петербург), «GESA-1» и «GESA-2», которые характеризуются низкой неоднородностью распределения плотности энергии по сечению пучка (менее 10 %) и высокой воспроизводимостью величин средних плотностей энергии от импульса к импульсу. Толщины модифицированных поверхностных слоев при использовании ускорителей «GESA-1» и «GESA-2» достигают 20-30 мкм, что было показано для лопаток из стали ЭП866ш.

В этой связи, целью настоящей диссертации являлась разработка основ технологических процессов электронно-лучевой модификации поверхности лопаток компрессора ГТД из жаропрочных a+ß-титановых сплавов, а также внедрение разработанных технологических процессов в серийное производство, что обеспечит кардинальное повышение уровня служебных свойств этих деталей. Таким образом, актуальность данной работы в научном плане, определяется - необходимостью формирования и обобщения банка экспериментальных результатов о влиянии режимов облучения сильноточными импульсными электронными пучками на физико-химическое состояние

поверхности и рабочие характеристики деталей из жаропрочных титановых сплавов, эксплуатируемых в составе ГТД при одновременном воздействии знакопеременных и постоянных нагрузок, а также при ударном нагружении мелкодисперсными частицами в условиях повышенных температур и агрессивных сред, а с практической точки зрения - возможностью, уже в ближайшем будущем, внедрить некоторые электронно-лучевые техпроцессы в серийное производство на предприятиях авиационной промышленности.

Для достижения сформулированной цели было необходимо реализовать постановку и последующее решение ряда задач методического, научного и практического плана: (1) разработка методики исследования физико-химического состояния (химический состав, фазовый состав и структурные характеристики) поверхностных слоев деталей из жаропрочных a+ß-титановых сплавов, основанной на применении таких методов, как: электронная Оже-спектроскопия (ЭОС), рентгеноструктурный анализ (РСА), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), экзоэлектронная эмиссия (ЭЭЭ), рентгеновский микроанализ (РМА), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), оптическая металлография в поляризованном свете, измерение шероховатости поверхности (Ra) и др.; (2) разработка методики выбора режимов облучения по результатам расчетов температурных полей и полей напряжений в поверхностных слоях мишеней в зависимости от времени и по результатам термодинамического анализа процессов, протекающих в поверхностном слое при облучении деталей из титановых сплавов СИЭП; (3) оценка оптимальных режимов электронно:лучевой обработки лопаток из жаропрочных титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9; (4) определение кинетики абляции материала с поверхности облучаемых СИЭП лопаток с эрозионно-стойким покрытием на основе нитрида циркония; (5) исследование явления кратерообразования на поверхности мишеней из титановых сплавов при облучении СИЭП; (6) обоснование режимов сравнительных натурных испытаний серийных и обработанных электронным пучком лопаток из сплава ВТ9 в составе двигателя РДЗЗ; (7) определение эксплуатационных характеристик лопаток 3 ступени проточной части компрессора ГТД РДЗЗ, прошедших электронно-лучевую и финишную термическую (ВТ6 и ВТ9) или термомеханическую обработки (ВТ8); (8) обсуждение и обобщение расчетных и экспериментальных данных, полученных на стадиях исследования и подготовки к натурным испытаниям; (9) создание технологических карт процессов электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток компрессора и вентилятора из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9; (10) разработка технического задания и документации на проектирование электронных ускорителей для серийного производства.

Научная новизна работы. Достижение сформулированной цели, в соответствии с общим планом исследований, практически полностью отражает научную новизну полученных данных. Впервые не только доказана высокая эффективность использования сильноточных электронных пучков для

модификации свойств и ремонта лопаток вентилятора и компрессора высокого давления из a+ß-титановых сплавов, но и разработаны технологические процессы электронно-лучевой обработки и ремонта этих деталей двигателей РДЗЗиРД 1700.

Впервые были получены экспериментальные результаты влияния режимов облучения СИЭП на физико-химическое состояние материала поверхностных слоев и свойства компонентов двигателя, изготовленных из a+ß-титановых сплавов, что позволяет получить уникальные данные для моделирования процессов, протекающих в твердом теле при экстремально высоких скоростях нагрева и охлаждения, открывая, тем самым, широкие возможности для определения оптимальных режимов облучения с точки зрения достижения экстремально высоких эксплуатационных характеристик обрабатываемых деталей.

Впервые подробно изучены: явление «кратерообразования», протекающее на поверхности мишеней, если обработка реализуется в режиме уноса материала по взрывному механизму; закономерности перераспределения элементов в поверхностных слоях титановых сплавов при облучении импульсным электронным пучком в режимах плавления, испарения и абляции; текстурообразование как результат высокоскоростной перекристаллизации материала поверхностного слоя, нагретого СИЭП; фазообразование, протекающее в приповерхностных областях при облучении и финишной термообработке; изменение уровня остаточных напряжений (в рамках модели плоско напряженного состояния) в зависимости от режимов электроннолучевой обработки; механизмы влияния облучения на основные свойства деталей из жаропрочных титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9. Разработанные технологии электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток КВД из титановых сплавов не имеют аналогов в авиационном двигателестроении и составляют основу для создания перспективных технологий изготовления двигателей нового поколения.

На защиту выносятся:

1. Методика выбора оптимальных режимов обработки, на основании базовых положений химической термодинамики и гидродинамики, позволяющая построить профили распределения температуры и напряжений по глубине мишени в зависимости от времени и определить те режимы облучения электронным пучком, когда достигаются плавление, испарение, плазмообразование, разложение и формирование различных фаз в поверхностных слоях деталей из жаропрочных титановых сплавов.

2. Методика определения физико-химического состояния материала в приповерхностных областях титановых лопаток вентилятора и компрессора высокого давления, а также рабочих характеристик лопаток, подвергнутых различным методам поверхностной обработки.

3. Результаты исследования влияния режимов электронно-лучевой обработки на ускорителях "GESA-2" и "GESA-1" (энергия электронов Е=115-150 кэВ;

длительность импульса т=15-40 цс; плотность энергии в импульсе \У=15-90 Дж/см2; число импульсов п=1-10 имп) на физико-химическое состояние материала в приповерхностных областях лопаток из жаропрочных титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9 (химический состав, фазовый состав, структурные характеристики, остаточные напряжения и шероховатость поверхности).

4. Механизмы перераспределения элементов в поверхностных слоях деталей из жаропрочных а+Р-титановых сплавов в процессе сильноточной импульсной электронно-лучевой обработки.

5. Данные о влиянии режимов электронно-лучевой, термической и термомеханической обработок на эксплуатационные свойства модельных образцов и лопаток из жаропрочных титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ6.

6. Методика длительных натурных испытаний облученных лопаток 3 ступени ротора КВД в составе технологического изделия (РДЗЗ).

7. Результаты исследования физико-химического состояния материала в поверхностных слоях облученных лопаток из титановых сплавов, подготовленных к испытаниям на технологическом изделии.

8. Электронно-лучевые технологии обработки и ремонта лопаток компрессора ГТД РДЗЗ, изготовленных из сплава ВТ9.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рекомендации, обеспечивающие разработку и внедрение новых технологических процессов модификации поверхности и ремонта деталей широкой номенклатуры из жаропрочных а+р-титановых сплавов с применением сильноточных импульсных электронных пучков.

Разработаны экологически чистые технологии электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток компрессора из титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9, позволяющие заменить некоторые виды механической и химической обработок, существенно повысить ресурс и надежность эксплуатации этих деталей в составе двигателей РДЗЗ и РД 1700. По результатам длительных натурных испытаний на технологическом изделии и дополнительных усталостных испытаний, будет принято решение об уточнении и возможной корректировке оптимальных режимов электронно-лучевой и финишной термической обработок и реализации внедрения электронно-лучевых технологий в серийное производство (ММП им. В. В. Чернышева) после оснащения технологического участка ускорителями "Геза-М" для реализации процесса облучения.

Методика исследования физико-химического состояния поверхностных слоев жаропрочных титановых сплавов использовалась в ряде организаций Российской Федерации (ИСЭ СО РАН, НИИЯФ г. Томск, НИИЭФА им. Д. В. Ефремова и др.). Методика выбора режимов электронно-лучевой обработки использовалась на ММП имени В.В. Чернышева при оптимизации процесса облучения СИЭП крепежных болтов из сплава ЭИ961 для повышения их

коррозионной стойкости. Полученные при выполнении диссертации результаты используются в учебном процессе в Московском авиационном институте при чтении лекций по курсам «Основы технологи производства ДЛА и ЭСУ» и «Спецтехнология», при проведении лабораторных работ по этим курсам и технологической практики у студентов старших курсов.

Апробация работы и научные публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на межотраслевом семинаре и международных конференциях: 7 Международная конференция по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками в 2004 г. (г. Томск, Россия), 15 Международная конференция «Пучки» в 2004 г. (г. Санкт-Петербург, Россия), постоянно действующий семинар по проблемам прочности в 2002 г. (Москва, ЦИАМ). По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 138 стр. и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 146 наименований. В работе представлено 86 рисунков и 15 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обсуждаются проблемы актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, ее практическая значимость и пути реализации результатов исследований.

В первой главе приведены и проанализированы, как результаты фундаментальных работ по теории взаимодействия ускоренных электронов с твердым телом, так и последние данные', посвященные компьютерному моделированию процессов, протекающих при этих взаимодействиях, что позволяет оценить температурные поля в материале в процессе электроннолучевой обработки, а также распределения остаточных напряжений по глубине облучаемых мишеней. Особое внимание уделено анализу отечественной и зарубежной периодики по материаловедению а+р-титановых сплавов и поверхностной инженерии изделий из жаропрочных титановых сплавов, используемых в авиационном двигателестроении. Общим для этих работ является преимущественное проведение исследований и испытаний на образцах без контроля физико-химического состояния материала в поверхностном слое, с последующим переносом полученных данных на конкретные изделия. Хорошо известно, что контроль микроструктуры, химического и фазового составов в поверхностных слоях значительно более трудоемок, чем в объеме заготовки или детали. Именно по этой причине, никаких четких рекомендаций по контролю физико-химического состояния материала в поверхностных слоях деталей из титановых сплавов для предприятий авиационной промышленности до сих пор сделано не было. Единственное, что было предложено сотрудниками ВИАМ и ВИЛС - это классификация микроструктур псевдо-а - и а+р - титановых сплавов для лопаток и дисков (9 классов) компрессора высокого давления с прогнозом изменения таких свойств, как прочность, пластичность, вязкость,

трещиностойкость и др. Те же рекомендации, которые были предложены по коррозионной стойкости и усталостной прочности, не выдерживают никакой критики из-за отсутствия данных о физико-химическом состоянии материала в поверхностных слоях образцов-свидетелей. Используя многочисленные результаты исследований по влиянию различных видов поверхностной термомеханической обработки на свойства лопаток из титановых сплавов (прежде всего, на усталость и фреттинг - усталость), проф. А.Н. Петухов (ЦИАМ) развил концепцию «технологической наследственности» материалов в поверхностных слоях деталей машин и предложил ряд перспективных методов нивелирования отрицательного влияния «технологической наследственности» на свойства изделий. Классификации микроструктур и их связи со свойствами титановых сплавов уделяется очень большое внимание в работах известных западных исследователей (В. Эванс, Д. Элон, П. Мартин, Р. Халл, Г. Лютеринг, С. Семиатин, И. Уэс и др.). Причем в этих публикациях, в отличие от работ советских ученых, выполненных еще в 70-80 годы прошлого столетия, использовались самые современные методы анализа и способы термомеханической обработки с точным контролем основных параметров проведения обработки. Причем эти данные подтверждены большим количеством испытаний и фрактографических исследований разрушенных образцов. Впрочем, и в этих работах не приводится никаких результатов о состоянии поверхности изучаемых модельных образцов, об их коррозионных и эрозионных свойствах. Неудовлетворительным представляется и прогнозирование усталостных свойств, поскольку они связываются только с микроструктурой материала в объемных слоях даже без учета химического и фазового составов в образцах из титановых сплавов. Тем не менее, полученные в последние 10 лет результаты по классификации микроструктур титановых сплавов могут быть использованы при анализе физико-химического состояния материала в поверхностных слоях изучаемых образцов и деталей, если предположить, что последние изготовлены как бы из композиционного материала «материал поверхностного слоя - титановый сплав». Вторая глава посвящена методикам облучения, изучения физико-химического состояния поверхностных слоев и определения эксплуатационных свойств лопаток вентилятора и компрессора из a+ß-титановых сплавов. В ней приведены данные о химическом составе и термообработке сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9, из которых были изготовлены лопатки вентилятора и компрессора ГТД РДЗЗ и РД1700, а также сведения об оборудовании, использованном при облучении, исследовании физико-химического состояния поверхности и испытаниях. Облучение модельных образцов и лопаток осуществлялось на ускорителях "GESA-1" и "GESA-2" при следующих значениях основных параметров: w=15-90 Дж/см2; Е=115-120 кэВ; т=15-40 мкс. Однородность пучка непрерывно контролировалась от импульса к импульсу (установки работали в режиме одиночных импульсов при скважности срабатывания 30-40 с). Термообработка облученных мишеней проводилась в вакуумной печи

"ULVAK" в вакууме не хуже 10"5 мм. рт. ст.

Отдельное внимание во второй главе уделено методикам определения эксплуатационных свойств модельных образцов и лопаток. Усталостные испытания образцов и лопаток, изготовленных по серийной технологии, и прошедших электронно-лучевую обработку, были реализованы на магнитострикционных вибростендах с частотой нагружения 3000-3300 Гц при комнатной температуре и при температуре эксплуатации (450 °С). Поверхности изломов изучались методами оптической и электронной фрактографии. Эрозионные испытания осуществлялись на эрозионном стенде МАИ в вакууме 10"' мм. рт. ст. при следующих условиях: тип эродирующих частиц - кварцевый песок со средними размерами отдельных частиц 60-120 мкм; угол соударения частиц с эродируемой поверхностью - 90 град; скорость соударения - 200 м/с. Испытания на жаростойкость проводились на модельных образцах и лопатках, помещенных в муфельную печь и выдерживаемых при температуре 450 °С в течение длительного времени на воздухе. Сопротивление окислению определялось по толщине окисленного слоя (ho , мкм) при трех временах термоэкспозиции: 300, 200 и 500 часов. Кроме этого окисленные поверхности лопаток исследовались методами ЭОС и РСА, что позволяло получить информацию о механизмах окисления и причинах изменения жаростойкости в результате обработки СИЭП. Модельные образцы из титановых сплавов ВТ8 и ВТ9 проходили испытания: на сопротивление солевой коррозии (в присутствии хлор-иона) при повышенных температурах в условиях термоциклирования (нагрев до температуры 550 "С - охлаждение в морской воде до комнатной температуры).

Кроме того, во второй главе, на базе основных положений химической термодинамики и гидродинамики, предложена и апробирована оригинальная методика выбора оптимальных режимов электронно-лучевой импульсной обработки деталей из титановых сплавов, позволяющая построить профили распределения температуры и напряжений по глубине мишени в зависимости от времени и определить те режимы облучения, когда в поверхностных слоях мишеней достигаются плавление, испарение, плазмообразование, разложение и формирование различных фаз. Полученные с помощью этой методики данные позволили очертить область экспериментального поиска оптимальных режимов модификации поверхности лопаток из ct+ß-титановых сплавов по одному из важнейших параметров облучения - плотности энергии в импульсе от 15 до 60 Дж/см2 при фиксированных энергии и длительности импульса.

В третьей главе приведены данные о влиянии режимов обработки СИЭП на химический состав в поверхностных слоях лопаток из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9. Полученные здесь (рис. 1) результаты позволяют уже на этом этапе сделать предварительные выводы о наиболее перспективных значениях параметров электронно-лучевой обработки. В основе этих выводов лежат следующие соображения. При облучении лопаток из жаропрочных титановых сплавов целесообразным представляется получить поверхность, не

содержащую макро- и микродефектов, являющихся концентраторами напряжений при усталостном нагружении. Этому требованию удовлетворяет поверхность лопаток, облученных в режиме плавления (18-20 Дж/см2). Кроме того, желательно добиться однородного распределения элементов в поверхностном слое мишеней-лопаток. Для серийных лопаток из титановых сплавов характерно обеднение приповерхностных областей алюминием, причем обеспечить однородное распределение этого важнейшего из легирующих элементов по толщине поверхностного слоя не удается классическими методами. В результате при эксплуатации такие детали интенсивно окисляются. Как следует из полученных данных, обработка высокоинтенсивным импульсным электронным пучком при плотностях энергии 18-20 Дж/см2 позволяет достичь преимущественного выхода на поверхность алюминия (рис. 1), что должно привести к повышению такой важной эксплуатационной характеристики, как жаростойкость и сопротивление горячей солевой коррозии.

а б

Рис 1. Распределение элементов по глубине для лопаток из сплава ВТ9: а - исходное состояние; б - облучение при =18-20 Дж/см2, п=4 имп.

Таким образом, более перспективным представляется обработка лопаток из титановых сплавов СИЭП в режиме плавления. Облучение же в режиме кратерообразования приводит к преимущественному испарению с поверхности алюминия и формированию микрократеров, что может резко снизить целый комплекс свойств деталей из титановых сплавов. В этой связи обработка с плотностями энергии более 24-26 Дж/см2 представляется нежелательной для модификации свойств лопаток. И только облучение при очень высоких плотностях энергии (режим абляции, \у>50-60 Дж/см2) представляет большой практический интерес для разработки ремонтной электронно-лучевой технологии.

В четвертой главе приведены результаты исследования влияния режимов облучения на фазовый состав и структурные характеристики материала в поверхностных слоях образцов и лопаток из титановых сплавов. В этой главе

показано, что структурно-фазовое состояние в поверхностных слоях лопаток из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9 в результате облучения претерпевает существенные изменения (основными фазовыми составляющими до облучения были а-фаза и р-фаза), наиболее важными из которых являются преимущественный выход на поверхность наиболее плотноупакованных плоскостей (текстурообразование), полное отсутствие Р-фазы и наличие наряду с метастабильной а-фазой мартенситных фаз а' и а" (только в поверхностных слоях лопаток, облученных при высоких плотностях энергии). Отсутствие Р-фазы обусловлено очень высокими скоростями охлаждения из жидкого состояния. Мартенситных фаз в лопатках из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9, облученных в режиме плавления 18-20 Дж/см2 обнаружено не было.

Результаты выполненного металлографического анализа облученных СИЭГТ титановых образцов и лопаток компрессора ГТД свидетельствуют о том, что после завершения действия импульса в процессе высокоскоростной закалки из расплава формируется плохо травящийся поверхностный слой толщиной 2025 мкм. Микроструктура этого слоя, в зависимости от условий облучения, может изменяться от глобулярной до игольчатой. Из полученных в этой главе данных следует, что обработка СИЭП с различными плотностями энергии в импульсе приводит к формированию в поверхностных слоях мишеней метастабильной а-фазы и мартенситных а'- и а"- фаз, наведению остаточных сжимающих (сплав ВТ6) или растягивающих (сплавы ВТ8 и ВТ9) напряжений величиной от -300 до +400 МПа (табл. 1), образованию ячеистой (ВТ6), глобулярно-пластинчатой, пластинчатой, игольчатой или Видманштедтовой (структура корзинчатого плетения) микроструктур (ВТ8 и ВТ9) . Кроме того, поверхность мишеней, облученных с высокими плотностями энергии в режимах кратерообразования, трещинообразования и полной абляции может содержать большое количество микрократеров и микротрещин (рис 2). Наиболее приемлемым представляется облучение в режиме плавления, обеспечивающее формирование глобулярно-пластинчатой (би-модальной) микроструктуры с размером зерна 10-20 мкм и снижение шероховатости поверхности лопаток (Ra) от 0,30-0,60 до 0,15-0,32 мкм. В этом случае на поверхности облученных деталей полностью отсутствуют кратеры и микротрещины. Однако сформированные остаточные растягивающие напряжения (ВТ8 и ВТ9), а также увеличение плотности дислокаций в поверхностном слое могут стать причиной снижения жаростойкости, коррозионной стойкости и особенно - усталостной прочности.

Поэтому после облучения в режиме плавления рекомендуется проводить стабилизирующий вакуумных отжиг при температурах, несколько превышающих температуру эксплуатации (530-550 °С). В результате финишной термообработки (табл. I) удается стабилизировать фазовый состав и структуру материала в поверхностной зоне мишеней из сплава ВТ6, получить более однородное распределение элементов по глубине и, главное, создать в поверхностном слое небольшие остаточные сжимающие напряжения 200-250

МПа. В то же время с помощью вакуумного отжига (530-550 °С) не удается снять остаточные растягивающие напряжения и модифицировать микроструктуру, сформированную на стадии облучения (игольчатая), в поверхностном слое мишеней из сплава ВТ8. Поэтому для деталей из этого материала необходимо проводить термомеханическую обработку.

Рис. 2. Морфология поверхности образцов из сплава ВТ9 после облучения СИЭП Е=115-120 кэВ; тр=30 мкс; \у3=18-20 Дж/см2; п=5 имп (а); б - щ=22-24 Дж/см2: в, г -\¥5=55-77 Дж/см2.

Для превращения игольчатой структуры в би-модальную достаточно реализовать циклическое нагружение на воздухе (120-180 МПа) при 450 °С. В любом случае, операция финишной термической или термомеханической обработок лопаток ГТД из а+Р-титановых сплавов, облученных СИЭП, является необходимой и крайне важной процедурой для стабилизации физико-химического состояния материала поверхностных слоев. Эволюция же морфологии поверхности образцов из сплава ВТ9 при варьировании плотности энергии иллюстрируется на рис. 2. Особый интерес представляют данные о морфологии поверхности лопаток в окрестности острых кромок после виброглянцевания (финишная обработка) и последующего облучения на ускорителе «ОЕ8А-1» при 20 Дж/см2 (рис. 3). Видно, что исходная поверхность лопаток и образцов, особенно в окрестности острых кромок, содержит большое

число микро - и даже макро-дефектов (царапины, риски, поверхностные включения и др.). При облучении с низкими плотностями энергии наблюдается выглаживание поверхности за счет плавления и высокоскоростной кристаллизации материала поверхностного слоя. Обработка же с высокими значениями плотности энергии (\у>30 Дж/см2) приводит к формированию на поверхности отдельных микрократеров диаметром от 10 до 100 мкм и глубиной до 20 мкм. Очевидно, что такие режимы являются неприемлемыми с точки зрения коррозионной стойкости, жаростойкости и усталостной прочности. К тому же, при высоких значениях плотности энергии возможно даже формирование поверхностных микротрещин. Влияние режимов облучения СИЭП на шероховатость поверхности образцов из сплавов ВТ8 и ВТ9 было изучено с целью выбора значений плотности энергии и числа импульсов, обеспечивающих снижение исходной шероховатости поверхности лопаток

а б

Рис. 3. СЭМ изображение поверхности лопатки компрессора из титанового сплава ВТ9 в окрестности кромки до (а) и после (б) электронно-лучевой обработки (ускоритель «ОЕ8А-1»): Е=115-120 кэВ; тр=30 мкс; \у3=18-20 Дж/см2; п=5 имп

Полученные данные свидетельствовали о развитии на поверхности образцов из сплавов ВТ8 и ВТ9 различного микрорельефа в зависимости, прежде всего, от плотности энергии в импульсе. Было показано, что при высоких плотностях энергии шероховатость поверхности становится значительно выше исходной. Это обусловлено, с одной стороны, интенсивным кратерообразованием, а с другой - образованием на расплавленной поверхности стоячей волны, формируемой при плавлении и сопутствующем увеличении объема материала. Поэтому при высоких плотностях энергии возможно развитие волнистости поверхности.

Таким образом, наиболее перспективным следует считать облучение лопаток из сплавов ВТ8 и ВТ9 с плотностью энергии 18-20 Дж/см2 при небольшом числе импульсов п=3-5 имп, что было подтверждено результатами, полученными методом экзоэлектронной эмиссии и измерения микротвердости.

Экзоэлектронные сканограммы, зафиксированные при анализе серийных лопаток из сплава ВТ9, характеризовались высокой неоднородностью распределения интенсивности экзоэлектронной эмиссии по поверхности спинки и корыта. Величины Г**, в окрестности кромок значительно превосходили соответствующие значения, зарегистрированные в центральной части корыта и спинки, что свидетельствует о высокой концентрации дефектов в окрестности острых кромок. Эти данные были подтверждены результатами измерения микротвердости, которые наглядно свидетельствовали о более высокой твердости материала в окрестности кромок серийных лопаток, что, несомненно, является следствием механической обработки (технологическая наследственность), режимы которой неадекватны для различных участков поверхности. Облучение же в режиме плавления приводило к формированию более однородного физико-химического состояния материала поверхностного слоя.

Одной из важных задач являлось изучение причин протекания явления кратерообразования на поверхности образцов из титановых сплавов при их облучении СИЭП, поскольку режим кратерообразования представляет большой практический интерес с точки зрения развития ремонтной технологии лопаток из титановых сплавов. Результаты исследований, реализованных в настоящей работе, свидетельствуют о возможности формирования на поверхности мишеней из титановых сплавов следующих типов кратеров: круглые с выпуклостью в центре, круглые с вогнутостью в центре, круглые многокольцевые, смежные и забоинообразные.'

Исходя из приведенных в этой главе результатов, для образцов из а+(3-титановых сплавов наиболее вероятными механизмами образования кратеров представляются: избирательное плавление и последующая эрозия отдельных участков поверхности, вследствие различия в температурах плавления фазовых составляющих; избирательное плавление и плазмообразование, обусловленные высокой степенью неоднородности распределения плотности дислокаций по поверхности в пределах области действия электронного пучка; нестационарное и различное по глубине плавление отдельных участков поверхности с различной ориентацией и взрывная эмиссия с острых участков поверхности. Эти механизмы могут сопровождаться простым затвердеванием волнистого ♦ микрорельефа поверхности (круглые кратеры с вогнутостью в центре, многокольцевые и смежные кратеры) или выбросом микрокапли расплавленного материала в вакуум на начальной стадии действия импульса с последующим ее возвращением на расплавленную поверхность, что приводит к формированию кратеров круглой формы с выпуклостью в центре. Еще одним важным результатом изучения явления кратерообразования явилось формирование при облучении с низкими плотностями энергии микродефектов дырочного типа на поверхности лопаток из сплавов ВТ8 и ВТ9, прошедших виброглянцевание. Скорее всего, этот тип дефектов формируется в самый

последний момент действия импульса или уже после его завершения, когда начинает протекать процесс высокоскоростной кристаллизации. Если же технологическая задача связана с ремонтом деталей, что требует удаления с поверхности поврежденных при наработке или газонасыщенных поверхностных слоев, то облучение мишеней должно быть двухступенчатым: сначала с высокими плотностями энергии для интенсивной абляции деградированного материала, а затем в режиме плавления V/ =18-20 Дж/см2 с целью выглаживания поверхности содержащей кратеры.

В данной работе впервые было показано, что процесс кратерообразования протекает и на поверхности мишеней, приготовленных из высокочистых веществ, в частности, на поверхности высокочистых монокристаллов хрома и циркония. В работах Н.В. Волкова, А.Е. Майера и А.ГГ. Еловца был предложен физический механизм кратерообразования, который позволяет объяснить большинство закономерностей, зафиксированных нами при экспериментальном исследовании этого явления при облучении мишеней СИЭП. Несмотря на значительный прогресс в понимании явления кратерообразования без ответа остаются вопросы, связанные со статистическими закономерностями появления кратеров различной формы, их распределения по поверхности, а также полей напряжений, формируемых в их окрестности. Совершенно открытой остается проблема связи кратерообразования со свойствами облученных деталей. Полученные результаты исследования влияния режимов облучения на фазовый состав и структуру поверхностных слоев образцов и лопаток компрессора, изготовленных из а+Р-титановых сплавов, позволили сделать предварительные выводы о выборе режимов электронно-лучевой обработки. При облучении лопаток из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9 целесообразным представляется получить поверхность, не содержащую макро- и микро-дефектов, являющихся концентраторами напряжений при усталостном нагружении. Этому требованию удовлетворяет поверхность лопаток, облученных в режиме плавления (18-20 Дж/см2).

Для лопаток из сплава ВТ8 после перекристаллизации в поверхностном слое была зафиксирована игольчатая микроструктура с элементами Видманштедтовой микроструктуры, что может привести к снижению усталостной прочности, трещиностойкости и жаростойкости. Поэтому после облучения должна быть проведена термомеханическая обработка при 450-550 °С и нагрузке 120-180 МПа. В результате термомеханической обработки в поверхностном слое удается сформировать би-модальную мелкодисперсную микроструктуру. Еще одно важное заключение о выборе режимов облучения лопаток из титановых сплавов, в частности, заключение о выборе необходимого числа импульсов, было сделано на основе приведенных в этой главе результатов. Поскольку поверхность облучаемой лопатки характеризуется высокой неоднородностью распределения структурно-фазового состояния, а именно значения плотности дислокаций на участках поверхности в окрестности кромок, на спинке и корыте существенно

отличаются, то эти величины будут различаться и после первого импульса, что связано с потерей части энергии на релаксационные процессы в поверхностном слое. Это проявляется в неоднородности экзо-эмиссионных сканограмм и в различии значений микротвердости, измеренной в различных точках поверхности. Только после второго импульса было зафиксировано однородное физико-химическое состояние материала по всей поверхности лопатки, которое практически не изменялось при последующем облучении (за исключением лопаток 3 ступени ротора КВД РДЗЗ, на заполированных участках поверхности которых, формировался волнистый микрорельеф поверхности). Таблица 1. Влияние облучения и финишной термообработки (*) на структурные характеристики материала поверхностного слоя лопаток и образцов из сплавов ВТ6 и

Сплав, режимы облучения Фазовый состав, Остаточные напряжения Параметры решетки, с/а

марка ЛУ, Дж/см п, имп текстура о, МПа +0,008

ВТ6 - - а+р (7,5 %), нет -69±17 1,611

ВТ6 18-20 1 а(а'), (110) -226±40 1,607

ВТ6 26-28 1 а(а', а"), (110) +250±90 1,609

ВТ6 26-28 5 а(а', а"), (ПО) +570±110 1,599

ВТ6 32-36 5 а(а', а"), (110) • +670±110 1,611

ВТ6* 18-20 3 а+р (6,5 %), (110) -215±20 1,604

ВТ9 - - а+р (8,6 %), нет -369±47 1,610

ВТ9 18-20 1 а(а'), (110) +266±42 1,602

ВТ9 26-28 1 а(а', а"), (110) +470±90 1,609

ВТ9 26-28 5 а(а', а"), (110) +490±60 1,597

ВТ9 32-36 5 а(сс', а"), (110) +570±40 1,599

ВТ9* 18-20 3 2+Р (5,7%), (110) -215±20 1,605

Таким образом, с точки зрения структурно-фазового состояния, оптимальными значениями плотности энергии и числа импульсов при электронно-лучевой обработки лопаток из а+Р-титановых сплавов являются \у= 18-20 Дж/см2 и п>2 имп.

В пятой главе рассмотрено влияние режимов облучения на эксплуатационные свойства образцов и лопаток из титановых сплавов. Наиболее важные результаты усталостных испытаний приведены в таблице 2. С целью определения механизмов изменения усталостных свойств в результате

электронно-лучевой обработки были выполнены фрактографические исследования поверхностей изломов исходных и облученных образцов. Таблица 2. Результаты высокочастотных испытаний при 25 и 450 °С на воздухе лопаток третьей ступени ротора КВД из сплава ВТ9 после электронно-лучевой и

в пчштна пт («г ♦ || 1 П"^ »*»* т\т от ♦ *\ лЛлоЛ/утччтл

№ Плотность энергии, V/, Дж/см2 I Импульсы П, имп Температура испытаний, Т °С Продолжительность отжига, т, час Усталостная прочность, СТ.1 , МПА

1 - - 25 - 490±10

2 18-20 1 25 - 390±20

3 18-20 2 25 - 400±20

4 18-20 3 25 - 400±15

5 18-20 5 25 - 400±10

6 32-36 5 25 - 340±30

7 - - 450 - 360±20

8 18-20 3 450 2 (**) 390+15

9 18-20 3 450 4 (**) 400±10

10 18-20 3 450 6 (**) 420±10

И 18-20 3 450 8(**) 420±10

12 18-20 3 25 6 (*) 350±10

18-20 3 450 . 6(*) 320±10 |

Установлено, что очаги разрушения в исходных образцах, подвергнутых циклическому нагружению, были локализованы непосредственно на поверхности (в окрестности кромок, дефектов механической обработки, выхода границ зерен на поверхность). В то же время для образцов, облученных СИЭП и отожженных при оптимальных режимах, характерно значительное увеличение числа циклов до разрушения. Те же детали, которые после облучения и отжига отстояли до разрушения максимальное число циклов, имели многоочаговый характер разрушения при расположении очагов на различных глубинах от 6 до 50 мкм. На усталостных изломах проявляются на расстоянии 400-500 мкм от очага разрушения усталостные бороздки, шаг которых увеличивается с ростом трещины. Отличий же в величинах шага усталостных бороздок для исходных и облученных образцов отмечено не было. Последнее свидетельствует о том, что положительный эффект от обработки СИЭП в режиме плавления (\у=18-20 Дж/см2), с точки зрения повышения циклической долговечности, обусловлен сменой механизма зарождения усталостной трещины, а не уменьшением скорости ее роста. Если же плотность энергии в импульсе заметно превышала 18-20 Дж/см2, то предел выносливости образцов и лопаток из титановых сплавов ВТ8 и ВТ9 существенно снижался по сравнению с исходным уровнем, что обусловлено следующими причинами. Во-первых, облучение при высоких плотностях энергии приводит к разложению упрочняющей р-фазы и наведению остаточных растягивающих напряжений,

что само по себе снижает прочностные свойства. Во-вторых, обработка СИЭП в режиме кратерообразования сопровождается формированием поверхностных микродефектов (кратеров). Поскольку детали из титановых сплавов при циклическом нагружении особо чувствительны к поверхностным концентраторам напряжений, то в результате такого облучения следует ожидать снижения предела выносливости. Это было подтверждено результатами фрактографических исследований поверхностей усталостных изломов. Для облученных в режиме кратерообразования мишеней характерно, как и для исходных образцов, поверхностное зарождение усталостных трещин, но очаги их зарождения концентрируются в окрестности сформированных кратеров, а не в области механических дефектов (рисок, царапин, забоин и др.). Еще одним важным результатом, представленных здесь экспериментов, является влияние остаточного вакуума при проведении финишной термообработки на предел выносливости лопаток из сплава ВТ9, подвергнутых облучению СИЭП. Видно (табл. 2), что реализация отжига в вакууме ниже 10"3 мм.рт.ст. приводит к снижению усталостной прочности деталей. Последнее связано с протеканием радиационно-ускоренной диффузии кислорода в матричный материал, поскольку на стадии облучения в поверхностном слое толщиной 20-25 мкм формируется высокодефектное состояние с плотностью дислокаций 1012-1013 м". Кислород, интенсивно диффундирующий по дефектам, за время отжига проникает в матричный материал лопаток на глубину до 25 мкм при средней концентрации 8-20 ат.%, что проявляется в увеличении микротвердости до 500-600 ед. НУ и снижении пластичности. В поверхностных слоях серийных лопаток после виброглянцевания также присутствует кислород, однако глубина его проникновения не превышает 400 нм и это не приводит к таким значительным снижениям усталостной прочности. Обработка СИЭП позволяет практически полностью удалить кислород из поверхностных слоев серийных лопаток, но при этом в процессе высокоскоростной кристаллизации возрастает содержание точечных и линейных дефектов. Поэтому с целью снижения кинетики окислительных процессов, необходимо реализовать отжиг в высоком вакууме, по крайней мере, не ниже 10'5 мм. рт. ст. Приведенные в этой главе результаты свидетельствуют о возможности с помощью электронно-лучевой обработки увеличить сопротивление окислению лопаток из а+Р-титановых сплавов более чем в 3 раза. Результаты коррозионных испытаний серийных и обработанных электронным пучком титановых лопаток свидетельствуют о том, что, с точки зрения повышения жаростойкости, оптимальной плотностью энергии является величина \у= 18-20 Дж/см2, когда количество формируемых кратеров невелико или они совершенно отсутствуют. Причинами повышения жаростойкости изделий, обработанных сильноточным импульсным электронным пучком, согласно результатам исследования физико-химического состояния поверхностных слоев лопаток до и после облучения и отжига, являются: снижение шероховатости поверхности, формирование защитной пленки на

основе оксидов алюминия и титана (А^Оз, ТЮ), уменьшение концентрации дислокаций и точечных дефектов в поверхностном слое, реализованное на стадии финишной термообработки в условиях высокого вакуума, а также формирование тонкодисперсной би-модальной структуры в поверхностном слое толщиной 20-25 мкм. С другой стороны, образование кратеров и сетки поверхностных трещин, а также разложение упрочняющей р фазы в перекристаллизованном слое приводит к заметному снижению жаростойкости, если облучение реализуется в режимах кратерообразования и абляции. Полученные здесь данные предъявляют очень жесткие требования к технологическим ускорителям с позиций неоднородности распределения плотности энергии по сечению пучка и от импульса к импульсу, не выше 10%. Только при достижении такого уровня стабильности работы оборудования можно надеяться на стабильные результаты испытаний, а значит и надежную эксплуатацию всего изделия.

Испытания лопаток из сплавов ВТ8 и ВТ9 на стойкость к пылевой эрозии были проведены на центробежном эрозионном стенде МАИ. Из полученных данных можно сделать вывод о возможности повышения, с помощью электронно-лучевой обработки, эрозионной стойкости лопаток КВД из а+Р-титановых сплавов более чем в 2 раза. Повышение эрозионной стойкости лопаток в результате электронно-лучевой обработки связано с формированием, на начальной стадии эрозионного воздействия на облученные мишени, кратеров вдавливания, а не рубчатых кратеров, которые формируются на поверхности серийных лопатках при адекватной нагрузке. Это обусловлено повышением пластичности материала в поверхностном слое толщиной до 20-25 мкм при высокоскоростном плавлении, кристаллизации и финишной термообработке. В этом случае на начальной стадии эрозионного изнашивания происходят процессы пластического деформирования и выдавливания материала при соударении твердых частиц с поверхностью мишеней и только по достижении критической величины деформации начинается трещинообразование и последующее удаление поврежденного слоя. Усталостное разрушение при эрозионном изнашивании поверхностных слоев металлических изделий может быть достаточно точно описано с помощью моделей П. Шьюмона и Г. Сандарараяна, которые нашли широкое применение при выборе типов эрозионно-стойких защитных покрытий и методов их нанесения. Несмотря на относительно невысокую эффективность электроннолучевой обработки, с точки зрения повышения эрозионной стойкости лопаток из титановых сплавов, по сравнению с различными видами покрытий, рекомендуемых в отрасли для решения проблемы защиты от эрозии, этот метод поверхностной инженерии несомненно имеет хорошие перспективы, что связано с однородностью зафиксированного после облучения физико-химического состояния материала в поверхностных слоях, как на корыте и спинке лопаток, так и в окрестности их острых кромок. Кроме того,

применение облучения СИЭП не снижает усталостной прочности и не имеет ограничений по адгезии.

Из результатов коррозионных испытаний образцов из титановых сплавов в условиях термоциклирования следует, что электронно-лучевая обработка при оптимальных режимах позволяет повысить сопротивление солевой коррозии жаропрочных титановых сплавов в условиях термоциклирования более чем в четыре раза. Полученные данные свидетельствуют о том, что для облученных по оптимальным режимам мишеней характерно формирование в поверхностном слое при коррозионных испытаниях защитной пленки на основе оксида алюминия и монооксида титана, в то время как в поверхностном слое исходных, необлученных образцов или облученных при высоких плотностях энергии и не отожженных цилиндров, интенсивно протекает процесс образования диоксида титана (рутил), имеющего очень низкие коррозионные свойства, и как следствие, коррозионного растрескивания. Причинами повышения коррозионной стойкости титановых сплавов в результате облучения электронным пучком в режиме плавления являются перераспределение элементов (выход на поверхность алюминия), а также снижение шероховатости поверхности и ее адсорбционной активности.

Прочностные свойства исходных и облученных образцов из титановых сплавов ВТ6 и ВТ8 определялись на разрывной машине «Шенк» при температуре 450-500 °С по стандартной методике. После завершения испытаний измерялись относительное удлинение и сужение после разрыва, а также изучались поверхности изломов. Из результатов испытаний был сделан вывод о высокой эффективности электронно-лучевой обработки, обеспечивающей небольшое повышение предела прочности при одновременном улучшении пластичности изделий из а+р титановых сплавов. Это особенно проявлялось после термоэкспозиции на воздухе, когда процесс разрушения инициируется интенсивным окислением. Для облученных образцов было характерно вязкое разрушение, причем очаги разрушения располагались на границе «окисленный - не окисленный материал», которая после 100 часов термоэкспозиции на воздухе лежит на глубине всего 2-3 мкм, в то время как для необлученных образцов эта граница удалена от поверхности на 10-15 мкм.

Испытаний на трещиностойкость, согласно ГОСТу, не проводилось, поскольку толщина модифицированного электронным пучком слоя не превышала 20-25 мкм, что не должно сказаться на основных характеристиках трещиностойкости. Однако в процессе усталостных испытаний определялась скорость роста трещины по шагу усталостных бороздок (0,6-1 мкм за цикл), зафиксированным на глубинах 100-200 мкм в исходных и облученных лопатках. Были проведены усталостные испытания серийных и облученных лопаток ротора КВД двигателя РДЗЗ из сплава ВТ9 с предварительно нанесенными на их кромки концентраторами. Результаты этих испытаний показали, что обработка СИЭП практически не влияет на предел выносливости лопаток с концентраторами. Последнее объясняется малой, по сравнению с

глубиной надрезов 2-3 мм (концентраторов), толщиной модифицированных СИЭП поверхностных слоев (20-25 мкм).

Кроме того, в пятой главе обсуждаются данные об условиях технологических сравнительных испытаний серийных и обработанных электронным пучком лопаток 3 ступени ротора компрессора на двигателе РД-33 №88-Т8 серии 3. В этой же главе проанализированы результаты исследования кинетики удаления поврежденного при эксплуатации эрозионностойкого покрытия из ХтЫ на лопатках из сплава ВТ9, представлены элементы технологических карт процессов модификации поверхности при изготовлении и ремонте лопаток 3 ступени ротора КВД, а также полный текст технического задания на разработку и изготовление промышленной установки для реализации электронно-лучевой обработки.

В заключении диссертации сформулированы следующие выводы:

1. На базе основных положений химической термодинамики и гидродинамики разработана и апробирована оригинальная методика оценки оптимальных режимов электронно-лучевой импульсной обработки деталей из многокомпонентных гетерогенных титановых сплавов, позволяющая построить профили распределения температуры и напряжений по глубине мишени в зависимости от времени и определить те режимы облучения, когда в поверхностных слоях мишеней достигаются плавление, испарение, плазмообразование, разложение и формирование различных фаз.

2. Экспериментально показано, что с помощью облучения сильноточным импульсным электронным пучком микросекундной длительности удается модифицировать 20-25-микронные поверхностные слои лопаток из жаропрочных а+р-титановых сплавов. Установлено, что при облучении в поверхностных слоях лопаток из а+р-титановых сплавов, в зависимости от величины плотности энергии в импульсе, протекают процессы: плавления, перераспределения элементов, кратерообразования, абляции, высокоскоростной кристаллизации из расплава, изменения фазового состава и дислокационной структуры, изменения микроструктуры (от игольчатой до глобулярной), формирования остаточных растягивающих или сжимающих напряжений и др.

3. Изучено влияние режимов электронно-лучевой и финишной термической обработок на эксплуатационные свойства лопаток из а+р-титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9. Показано, что, используя обработку сильноточным импульсным электронным пучком на ускорителе «вЕЗА-!» при энергии электронов 115-120 кэВ и плотности энергии18-20 Дж/см2, удается повысить следующие характеристики лопаток: предел выносливости - от 10 до 40 %; эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза; сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 4 раза.

4. Показано, что сильноточный импульсный электронный пучок микросекундной длительности является высокоэффективным инструментом для ремонта лопаток компрессора и вентилятора из титановых сплавов с

эрозионностойкими покрытиями. Применение СИЭП позволяет удалять за один импульс поврежденные при эксплуатации поверхностные слои толщиной до 12 мкм за импульс при плотности энергии 55-60 Дж/см2.

5. Экспериментально изучен процесс кратерообразования, протекающий на поверхности лопаток и образцов из а+Р-титановых сплавов и высокочистых монокристаллов циркония и хрома при облучении с плотности энергии 1636 Дж/см2. Показано, что для таких мишеней наиболее вероятными механизмами образования кратеров являются: избирательное плавление и последующая эрозия отдельных участков поверхности, вследствие различия в температурах плавления фазовых составляющих; избирательное плавление и плазмообразование, обусловленные высокой степенью неоднородности распределения плотности дислокаций по поверхности в пределах области действия электронного пучка; нестационарное и различное по глубине плавление отдельных участков поверхности с различной ориентацией и взрывная эмиссия с острых участков поверхности. Впервые установлено, что даже наличие ступеней на вицинальных поверхностях высокочистых монокристаллов может инициировать процесс кратерообразования при облучении сильноточным импульсным электронным пучком.

6. Экспериментально доказано, что после электронно-лучевого удаления с поверхности лопаток 3 ступени КВД РДЗЗ поврежденного во время эксплуатации покрытия на основе ZrN основные свойства лопаток ухудшаются (возрастает шероховатость поверхности, снижается предел выносливости, формируются остаточные растягивающие напряжения). Для достижения уровня эксплуатационных свойств исходных лопаток, необходимо осуществлять технологический процесс ремонта лопаток в несколько операций: удаление покрытия; выглаживание микрорельефа; контроль состояния поверхности; финишная термообработка для снятия остаточных растягивающих напряжений; нанесение нового покрытия.

7. На основании результатов усталостных, эрозионных и коррозионных испытаний, а также исследований физико-химического состояния поверхностных слоев серийных и модифицированных электронным пучком лопаток, разработан технологический процесс электронно-лучевой обработки лопаток 3 ступени ротора КВД. Принято решение о внедрении разработанной технологии в серийное производство ГТД (двигатели РДЗЗ и РД1700) на ММП им. В. В. Чернышева, после завершения длительных натурных испытаний на технологическом изделии, дополнительных усталостных испытаний и оснащения технологического участка серийным оборудованием для облучения лопаток

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: 1. Mechanisms of element redistribution into the surface layer of refractory alloy parts during their irradiation by intense pulsed electron beams/ V.A. Shulov, A.G. Paikin,

24

«U349

А.В. Belov, etc. I I Abstracts of 15th International Conference огРНБ РуССКИЙ фонд BEAMS, Saint Petersburg, Jule 18-23,2004. p. 215.

2. Mechanisms of salt corrosion resistance alteration of refractoi OAAzT Л intense pulsed electron beams/ V.A. Shulov, A.G. Paikin, A.B. 1 ¿UUU'T1 of 15th International Conference on High-Power Particle BEAi агл/^ Jule 18-23, 2004. p. 216. У J J О

3. The effect of surface treatment with intense pulsed electron beams on the oxidation resistance of Ni-base superalloy turbine blades with NiCrAIY coating / V.A. Shulov, V.I. Engelko, A.B. Belov etc. // Proceedings of 7th International Conference on Modification of materials with particle beams and plasma flows, Tomsk, Russia, Jule 25-29,2004. p. 293-296.

4. Повышение эксплуатационных свойств лопаток ГТД обработкой концентрированными импульсными потоками энергии / А.Г. Пайкин, А.Б. Белов, В.И. Энгелько и др.// Конверсия в машиностроении, 2004, №4, с. 59-69.

5. Модификация поверхности деталей из жаропрочных сталей сильноточными импульсными электронными пучками / А.Г. Пайкин, А.Б. Белов, В.И. Энгелько и др.// Физика и химия обработки материалов, 2005, №2, с. 32-41.

6. Перспективы применения сильноточных импульсных электронных пучков для модификации поверхности при изготовлении и ремонте лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, В.А. Шулов, А.Б. Белов и др. // Сб. трудов ЦИАМ, 2004, №11, с. 22-31.

7. Модификация поверхности турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов с покрытием NiCrAIY сильноточными импульсными электронными пучками /А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Б. Белов и др. // Проблемы машиностроения и автоматизации, 2004, №4, с. 81-86.

8. Перспективные технологии обработки поверхности деталей машин с применением мощных импульсных ионных и электронных пучков / А.Г. Пайкин, А.Б. Белов, А.Н. Петухов и др. // Конверсия в машиностроении, 2005, №1-2, с. 39-47.

9. Перспективы применения концентрированных импульсных потоков энергии для изготовления и ремонта деталей машин / А.Б. Белов, А.Ф. Львов, А.Г. Пайкин и др. // Материалы 7-ой международной практической конференции -выставки «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки», Санкт-Петербург, НПО «Плазмацентр», 12-15 апреля, 2005. с. 65-77.

t

Подписано к печати .04.2005 г. Типография МПП имени В.В. Чернышева 60 экз. исп. Белов А.Б.

ВВЕДЕНИЕ.

1. МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ ГТД СИЛЬНОТОЧНЫМИ

ИМПУЛЬСНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ (литературный обзор).

1.1 Особенности модификации физико-химического состояния а+р-титановых сплавов.

1.1 Оборудование.

1.2 Процессы, протекающие в твердом теле при облучении электронными пучками.

1.3 Влияние электронно-лучевой обработки на физико-химическое состояние материала в поверхностных слоях деталей из жаропрочных сталей и сплавов.

1.4 Влияние электронно-лучевой обработки на свойства деталей из жаропрочных сплавов и сталей.

2. МЕТОДИКИ ОБЛУЧЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОК ГТД ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ.

2.1 Материалы, модельные образцы и детали для исследований.

2.2 Оборудование для исследования.

2.3 Оборудование для электронно-лучевой обработки и методики облучения.

2.4 Методики исследования состояния поверхностных слоев облучаемых мишеней.

2.5 Методики определения эксплуатационных свойств лопаток компрессора.

2.6 Методики термодинамического и кинетического анализа для выбора режимов облучения.

3. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ ТИТАНОВЫХ

СПЛАВОВ.

3.1 Исследование влияния режимов облучения на изменение химического состава в поверхностных слоях лопаток из титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и

3.2. Выбор оптимальных режимов облучения.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛА В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ЛОПАТОК ИЗ

ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ.

4.1 Структурные изменения в поверхностных слоях образцов и лопаток из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9.

4.2 Исследование процесса кратерообразования на поверхности деталей из титановых сплавов.

4.3 Выбор оптимальных режимов облучения по результатам структурных исследований.

5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА ЛОПАТОК ИЗ СПЛАВОВ ВТ6, ВТ8ИВТ9.

5.1 Усталостная прочность.

5.2 Жаростойкость.

5.3 Эрозионная стойкость.

5.4 Сопротивление солевой коррозии в условиях термоциклирования.

5.5 Прочность, пластичность и трещиностойкость.

5.6 Методики испытаний облученных и серийных лопаток на технологическом изделии.

5.7 Разработка технологических карт процессов электронно-лучевой обработки лопаток из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9.

ВЫВОДЫ.

Актуальность проблемы.

Повышение требований к эксплуатационным характеристикам, экономичности и надежности газотурбинных двигателей (ГТД), что обусловлено необходимостью существенного увеличения ресурса, создает порой неразрешимые сложности при выборе материалов и разработке технологических процессов изготовления из этих материалов, наиболее нагруженных деталей вентилятора, компрессора и турбины ГТД, прежде всего лопаток и дисков [1-3]. Решить данную проблему можно только с использованием комплексного подхода, включающего с себя разработку новых материалов, улучшение уже применяемых сплавов, развитие методов изготовления заготовок и способов модифицирования поверхности деталей. Среди всех материалов авиационной техники особое место занимают титановые сплавы, которые являются одними из основных конструкционных материалов в отрасли. Достаточно отметить, что на долю титана приходится до 10% от общего веса гражданского самолета [4]. Для деталей изготовленных из псевдо-а и а+Р-титановых жаропрочных сплавов характерна совокупность высоких прочностных и коррозионных свойств при относительно низкой плотности и хорошей обрабатываемости [5]. Перспективным представляется разработка новых 0- и, особенно, у-титановых сплавов, причем последние, уже в ближайшем будущем, могут почти полностью заменить в авиационном двигателестроении жаропрочные стали и, даже, никелевые сплавы [5, 6]. Общая же тенденция в авиационном двигателестроении остается неизменной на протяжении последних 20 лет. На первом месте находятся проблемы снижения затрат на производство и эксплуатацию двигателей при снижении их веса и повышении рабочих характеристик на базе уже созданных материалов при экстремально возможном увеличении эффективности использования этих материалов для изготовления наиболее нагруженных компонентов ГТД [5].

То, что возможности повышения эксплуатационных свойств жаропрочных сплавов и, в частности, псевдо-а и а+Р-титановых жаропрочных сплавов, практически исчерпаны, подтверждается последними публикациями специалистов одного из головных институтов отрасли ВИАМ [7-9]. Все, что было предложено промышленности в этих публикациях, это «.новый жаропрочный титановый сплав, созданный на базе "относительно нового" сплава ВТ18У путем применения дополнительного легирования такими элементами, как W и Fe, что обеспечивает увеличение предела прочности до 1030 МПа и предела длительной прочности (за 100 часов при 600 °С) до 330 МПа при сохранении или даже некотором повышении характеристик пластичности.»[9]. Здесь необходимо подчеркнуть, что «относительно новый» титановый сплав ВТ18У был разработан более 20 лет назад, а обеспечение однородного распределения вольфрама и железа было технологически сложной задачей, до конца нерешенной, даже при использовании гранульной технологии, при получении сплавов ВТ18У и ВТ25У [10]. Отсюда становиться совершенно не ясно, каким образом авторам работ [7-9] удалось повысить характеристики пластичности сплава ВТ18У при добавлении вольфрама и железа, и насколько снизились жаростойкость и коррозионная стойкость сплава в результате такого легирования.

Более перспективным представляется подход, развиваемый в последнее десятилетие В. Эвансом, Д. Элоном, П. Мартиным, Р. Халлом, Г. Лютерингом, С. Семиатиным, И. Уэсом и др. [11-20], который направлен на совершенствование термомеханической обработки заготовок из титановых сплавов в р- и а+р-областях диаграммы состояния и установление взаимосвязи между режимами термомеханической обработки, формируемыми структурами и свойствами, такими как, усталость, фреттинг-усталость, пластичность, ползучесть, длительная прочность и др. Подобные исследования в России были проведены еще в 70-80 годы сотрудниками ВИАМ [21,22]. По результатам этих исследований были составлены атласы формируемых структур по девятибалльной шкале для Российских титановых сплавов, используемых в качестве базовых при изготовлении дисков и лопаток компрессора высокого давления. Эти атласы успешно используются в промышленности при реализации операций выборочного контроля в технологических процессах производства лопаток и дисков. Тем не менее, при проведении подобных исследований проявляется заметный консерватизм разработчиков титановых сплавов, ошибочно полагающих, что только структурные характеристики материала определяют его свойства, причем последние автоматически считаются свойствами детали, изготовленной из выбранного сплава. Более того, в периодике, и даже в учебной литературе [23], можно встретить утверждения о «состоянии поверхности сплава» или о том, что «.решение задачи повышения термостабильности титановых сплавов определяется в основном природой основы сплава и состоянием поверхности детали, которая может быть улучшена путем применения различных видов лучевой обработки с имплантацией некоторых элементов.» [9]. Эти причины, несомненно, оказывают отрицательное влияние на прогресс в инженерии поверхности деталей из титановых сплавов, представляющей собой в настоящее время одно из наиболее перспективных направлений в авиационном материаловедении. Среди наиболее известных методов инженерии поверхности деталей ГТД, таких как нанесение гальванических покрытий, химико-термическая обработка (альфирование, азотирование, гидрирование и др.), детанационное упрочнение, плазменное нанесение покрытий, вакуумно-плазменная технология высоких энергий, электроискровой метод, анодирование, гидродробеструйная обработка, лазерная обработка, виброгалтовка, ультразвуковое упрочнение, микродуговое оксидирование и др., обработка поверхности деталей из титановых сплавов пучками заряженных частиц (ионная имплантация, обработка мощными ионными пучками, обработка сильноточными импульсными электронными пучками) занимает особое место. Это обусловлено возможностью модифицировать поверхностные слои без изменения физико-химического состояния материалов в объеме детали, причем методика модификации материала в поверхностных слоях толщиной от нескольких нанометров до нескольких десятков микрометров происходит в результате взаимодействия высокоэнергетических ионов и электронов с мишенью на уровне элементарных частиц, что позволяет конструировать уникальное состояние материала на нанометровом уровне. Кроме того, обработка поверхности деталей из титановых сплавов пучками заряженных частиц позволяет решить многие проблемы, связанные с «технологической наследственностью» при реализации различных операций технологического процесса изготовления этих деталей, что особо подчеркивается в публикациях, одного из ведущих специалистов ЦИАМ, Петухова А.Н. [3].

Эффективность использования ионной имплантации и обработки мощными ионными импульсными пучками уже была доказана результатами работ [24-30] для деталей авиационной техники из сталей, жаропрочных титановых и никелевых сплавов, а облучение сильноточными импульсными электронными пучками (СИЭП) - для лопаток компрессора КВД из жаропрочных сталей ферритного и аустенитного классов ЭП866ш и ЭП718ИД [31-36]. В то же время исследований, направленных на модификацию свойств деталей из титановых сплавов с помощью СИЭП, до сих пор, практически, проведено не было, за исключением работ Д.И. Проскуровского, В.П. Ротштейна и В.А. Шулова, выполненных на модельных образцах из сплавов ВТ6 и ВТ18У, подвергнутых облучению на ускорителе ИСЭ (Институт Сильноточной Электроники СО РАН, г. Томск) низкоэнергетическим электронным пучком (Е=10-30 кэВ) [37, 38]. В этих публикациях приведены данные о возможности, посредством обработки поверхности мишеней из титановых сплавов СИЭП, повышения таких эксплуатационных свойств, как жаростойкость, усталостная прочность и коррозионная стойкость в результате плавления и высокоскоростной перекристаллизации материала поверхностных слоев толщиной несколько микрометров. Однако были выявлены и негативные последствия обработки СИЭП: формирование поверхностных микродефектов, имеющих форму кратеров (кратерообразование) и являющихся концентраторами напряжений при усталостном нагружении, к которым особо чувствительны детали из жаропрочных титановых сплавов. К недостаткам обработки СИЭП, по данным работ [37, 38], можно отнести неоднородность фиксируемого физико-химического состояния материала в различных макроточках облученной части мишени, что связано с аппаратурными характеристиками, заложенными при проектировании и создании ускорителей ИСЭ. Относительно низкие щ однородность распределения энергии по сечению пучка и воспроизводимость величин средних плотностей энергии от импульса к импульсу, а также достаточно широкий спектр энергий электронов в пучке, наряду с неоднородностью физико-химического состояния материала поверхностных слоев исходных мишеней, приводит к формированию кратеров [39-41]. Кроме того, толщины модифицированных поверхностных слоев деталей из жаропрочных титановых сплавов после облучения СИЭП на ускорителе ИСЭ не превышают нескольких микрометров, что является недостаточным для наиболее нагруженных деталей КВД (лопатки и диски). Действительно, эрозионное воздействие при эксплуатации лопаток и дисков КВД, особенно в районах с засушливым климатом, сопровождается повреждением поверхностных слоев толщиной до 10-20 мкм при песчаной нагрузке со скоростями твердых частиц 100-300 м/с, поэтому толщины модифицированных приповерхностных областей этих деталей должны превышать 20-25 мкм (толщины, используемых в авиадвигателестроении эрозионностойких покрытий на основе нитридов циркония и титана, лежат в пределах от 20 до 30 мкм). Большой научный интерес и практическую значимость представляют ускорители СИЭП, разработанные в НИИЭФА имени Д.В. Ефремова (г. Санкт-Петербург), «GESA-1» и «GESA-2» [42], которые характеризуются высокими однородностью распределения плотности энергии по сечению пучка (до 10 %) и воспроизводимостью величин средних плотностей энергии от импульса к импульсу. Толщины модифицированных поверхностных слоев при использовании ускорителей «GESA-1» и «GESA-2» достигают 20-30 мкм, что было показано в работах [31-36] для лопаток из сталей ЭП866ш.

В этой связи целью настоящей диссертации являлась разработка основ технологических процессов электронно-лучевой модификации поверхности лопаток компрессора ГТД из жаропрочных а+Р-титановых сплавов, а также внедрение разработанных технологических процессов в серийное производство, что должно обеспечить кардинальное повышение уровня служебных свойств этих деталей.

Таким образом, актуальность данной работы в научном плане определяется -необходимостью формирования и обобщения банка экспериментальных результатов о влиянии режимов облучения сильноточными импульсными электронными пучками на физико-химическое состояние поверхности и рабочие характеристики деталей из жаропрочных титановых сплавов, эксплуатируемых в составе ГТД при одновременном воздействии знакопеременных и постоянных нагрузок, а также при ударном нагружении мелкодисперсными частицами в условиях повышенных температур и агрессивных сред, а с практической точки зрения - возможностью, уже в ближайшем будущем, внедрить некоторые электронно-лучевые техпроцессы в серийное производство на предприятиях авиационной промышленности.

Для достижения цели было необходимо реализовать постановку и последующее решение задач методического, научного и практического плана: (1) разработка методики исследования физико-химического состояния (химический состав, фазовый состав и структурные характеристики) поверхностных слоев деталей из жаропрочных а+р-титановых сплавов, основанной на применении таких методов, как: электронная Оже-спектроскопия (ЭОС), рентгеноструктурный анализ (при регистрации дифрактограмм с фокусировкой по Брегту-Брентано на малых и больших углах, а также при использовании методики скользящего пучка, РСА), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), экзоэлектронная эмиссия (ЭЭЭ), рентгеновский микроанализ (РМА), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), оптическая металлография в поляризованном свете, измерение шероховатости поверхности (Ra) и др.; (2) разработка методики выбора режимов облучения СИЭП по результатам расчетов температурных полей в поверхностных слоях мишеней в зависимости от времени и по результатам термодинамического анализа процессов, протекающих в поверхностном слое при таком воздействии на поверхность деталей из титановых сплавов; (3) оценка оптимальных режимов электронно-лучевой обработки лопаток из жаропрочных титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9; (4) определение кинетики абляции материала с поверхности облучаемых СИЭП лопаток с эрозионностойким покрытием на основе нитрида циркония; (5) исследование явления кратерообразования на поверхности мишеней из титановых сплавов при облучении СИЭП; (6) обоснование режимов сравнительных натурных испытаний серийных и обработанных электронным пучком лопаток из сплава ВТ9 в составе двигателя РДЗЗ; (7) определение эксплуатационных характеристик лопаток 3 ступени проточной части компрессора ГТД РДЗЗ, прошедших электронно-лучевую обработку (усталостная прочность и циклическая долговечность с использованием высокочастотных испытаний, микротвердость, жаростойкость, эрозионная стойкость, коррозионная стойкость в условиях термоциклирования и др.); (8) обсуждение и обобщение расчетных и экспериментальных данных, полученных на стадиях исследования и подготовки к натурным испытаниям; (9) создание технологических карт процессов электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток компрессора и вентилятора из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9; (10) составление технического задания на проектирование и разработка технической документации для изготовления электронных ускорителей для серийного производства. Научная новнзна работы.

Достижение сформулированной цели, в соответствии с общим планом исследований, практически полностью отражает научную новизну полученных данных. Впервые не только доказана высокая эффективность использования сильноточных электронных пучков для модификации свойств и ремонта лопаток вентилятора и компрессора высокого давления из титановых сплавов, но и разработаны технологические процессы электроннолучевой обработки и ремонта этих деталей двигателей РДЗЗ и РД 1700.

Кроме того, впервые были получены экспериментальные результаты влияния режимов облучения СИЭП на физико-химическое состояние материала поверхностных слоев и свойства компонентов двигателя, изготовленных из а+р-титановых сплавов, что позволяет получить уникальные данные для моделирования процессов, протекающих в твердом теле при экстремально высоких скоростях нагрева и охлаждения, открывая, тем самым, широкие возможности для определения оптимальных режимов облучения, с точки зрения, достижения экстремально высоких эксплуатационных характеристик обрабатываемых деталей.

Эта часть работы является одной из важнейших составляющих проблемы создания перспективных высокоинтенсивных технологий электронно-лучевой обработки деталей широкой номенклатуры, изготавливаемых из различных материалов.

С точки зрения протекающих при облучении СИЭП процессов, впервые подробно изучены: явление «кратерообразования» протекающее на поверхности облучаемых СИЭП мишеней из титановых сплавов, если обработка реализуется в режиме уноса материала по взрывному механизму; закономерности перераспределения элементов в поверхностных слоях титановых сплавов при облучении импульсным электронным пучком в режимах плавления, испарения и абляции; текстурообразование, как результат высокоскоростной перекристаллизации материала поверхностного слоя, нагретого СИЭП; фазообразование, протекающее в приповерхностных областях при облучении и финишной термообработке; изменение уровня остаточных напряжений (в рамках модели плоско напряженного состояния) в зависимости от режимов электронно-лучевой обработки; механизмы влияния облучения на основные свойства деталей из жаропрочных титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9 (прочность, пластичность, усталостная прочность, жаростойкость, эрозионная стойкость, сопротивление горячей солевой коррозии в условиях термоциклирования); кинетика абляции с поверхности деталей из жаропрочного титанового сплава ВТ9, в том числе после наработки на двигателе.

Разработанные технологии электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток КВД из титановых сплавов не имеют аналогов в авиационном двигателестроении и составляют основу для создания перспективных технологий изготовления двигателей нового поколения (на примере двигателей РДЗЗ и РД1700). На защиту выносятся:

1. Методика выбора оптимальных режимов, позволяющая построить профили распределения температуры и напряжений по глубине мишени в зависимости от времени и определить те режимы облучения электронным пучком (при микросекундной длительности импульса, т>10 цс, и высоких энергиях, Е>100 кэВ), когда достигаются плавление, испарение, плазмообразование, разложение и формирование различных фаз в поверхностных слоях деталей из жаропрочных титановых сплавов, на основании основных положений химической термодинамики и гидродинамики.

2. Методика определения физико-химического состояния материала в приповерхностных областях титановых лопаток вентилятора и компрессора высокого давления, а также рабочих характеристик лопаток подвергнутых различным методам поверхностной обработки.

3. Результаты исследования влияния режимов электронно-лучевой обработки на ускорителях "GESA-2" и "GESA-1" (энергия электронов, Е=115-150 кэВ; длительность импульса, т=15-40 цс; плотность энергии в импульсе, W=15-90 Дж/см ; число импульсов п=1-10 имп) на физико-химическое состояние материала в приповерхностных областях лопаток из жаропрочных титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9 (химический состав, фазовый состав, структурные характеристики, остаточные напряжения и шероховатость поверхности).

4. Данные о влиянии режимов электронной и термической обработок на эксплуатационные свойства модельных образцов и лопаток из жаропрочных титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ6.

5. Особенности методики длительных натурных испытаний облученных деталей из титановых сплавов в составе технологического изделия (РДЗЗ).

6. Результаты исследования физико-химического состояния материала в поверхностных слоях облученных лопаток из титановых сплавов, подготовленных к испытаниям на технологическом изделии.

7. Механизмы перераспределения элементов в поверхностных слоях деталей из жаропрочных а+Р-титановых сплавов в процессе сильноточной импульсной электронно-лучевой обработки.

8. Электронно-лучевые технологии обработки и ремонта лопаток компрессора ГТД РДЗЗ, изготовленных из сплава ВТ9.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследования.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рекомендации, обеспечивающие разработку и внедрение новых технологических процессов модификации поверхности и ремонта деталей широкой номенклатуры из жаропрочных а+Р-титановых сплавов с применением сильноточных импульсных электронных пучков.

Разработаны экологически чистые опытно-промышленные технологии электроннолучевой обработки и ремонта лопаток компрессора из титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9, позволяющие заменить некоторые виды высокоточной механической и химической обработок, существенно повысить ресурс и надежность эксплуатации этих деталей в составе двигателей РДЗЗ и РД 1700.

По результатам длительных натурных испытаний на технологическом изделии, будет принято решение о возможной корректировке оптимальных режимов электроннолучевой и финишной термической обработок и реализации внедрения электроннолучевых технологий в серийное производство (ММП им. В. В. Чернышева) после оснащения технологического участка ускорителями "Геза-М" для реализации процесса облучения.

Методика исследования физико-химического состояния поверхностных слоев жаропрочных титановых сплавов использовалась в ряде организаций Российской Федерации (ИСЭ СО РАН, НИИЯФ г. Томск, НИИЭФА им. Д. В. Ефремова и др.).

Методика выбора режимов электронно-лучевой обработки использовалась при реализации программы исследований по проекту МНТЦ в 2002 и 2003 гг. (проект №97598.2).

Полученные при выполнении диссертации результаты используются в учебном процессе в Московском авиационном институте при чтении лекций по курсам «Основы технологи производства ДЛА и ЭСУ» и «Спецтехнология», при проведении лабораторных работ по этим курсам и технологической практики у студентов старших курсов. Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: 7 Международная конференция по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками в 2004 г. (г. Томск, Россия), 15 Международная конференция «Пучки» в 2004 г. (г. Санкт-Петербург, Россия), постоянно действующий семинар по проблемам прочности в 2002 г. (Москва, ЦИАМ). Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Результаты исследования влияния режимов облучения на перераспределение элементов в тонких поверхностных слоях мишеней из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9 представлены на рис. 2022. Из приведенных здесь данных можно заключить, что перераспределение элементов при облучении с низкими плотностями энергии (режим плавления — w=18-20 Дж/см2)' осуществляется строго в соответствии с величинами равновесных коэффициентов распределения примесей, согласно основным положениям теории направленной кристаллизации: примесь с коэффициентом распределения Ко меньше 1 оттесняется фронтом 2

1 Для сравнения этот режим для сталей ЭП866ш и ЭП718ИД [31-36] реализуется при w=20-22 Дж/см . кристаллизации к поверхности (алюминий, ванадий, цирконий, углерод), в то время как компоненты с Ко >1 (молибден, кремний, кислород, азот) должны концентрироваться в зоне границы раздела "перекристаллизованный материал - матричный сплав" (табл. 3).

1. Регулируемая энергия электронов 100 120 кэВ

2. Регулируемая длительность импульса 10-40 мкс

3. Плотность энергии в импульсе 15-50 Дж/см2

4. Режим работы одиночные импульсы

5. Частота следования импульсов до 0,033 Гц

6. Диаметр пучка при плотности энергии 20 Дж/см2 100 мм Неоднородность распределения плотностиэнергии по сечению пучка, не более 10%

7. Точность измерения и установки параметров обеспечивается приборным исполнением. Требования к параметрам установки и их управлению уточняются в процессе разработки установки через протокол согласования.41.2. Требования назначения составных частей.

8. А. В/в генератор генератор Маркса на формирующих линиях с корректирующими RC- цепочками

9. Количество ступеней (формирующих линий) Количество ячеек в линии Напряжение холостого хода Напряжение на нагрузке Напряжение зарядки

10. Амплитуда импульса напряжения запуска Длительность импульса запуска

11. В состав генератора входят устройство регулировки длительности импульса, обостряющий разрядник и обостряющий конденсатор на рабочее напряжение 120 кВ.

12. В/в генератор с устройствами запуска и зарядки размещается в металлическом баке, конструкция которого должна обеспечивать необходимые электрическую и механическую прочности установки.

13. Устройство регулировки длительности импульса, обостряющий разрядник и обостряющий конденсатор размещаются вблизи электронного источника. Здесь же размещается устройство регулировки тока.

14. По результатам предварительных исследований Исполнителя

15. Б. Диагностическое оборудование.

16. В. Система вакуумной откачки.

17. Д. Система управления, синхронизации и блокировки.

18. Система должна обеспечить управление в/в генератором, системой вакуумной откачки, синхронизацию работы установки, контроль параметров процесса обработки.

19. Е. Система питания магнитных линз.

20. Система питания магнитных линз должна обеспечить зарядку и запуск блоков питания магнитной системы формирования и транспортировки пучка.

21. Ж. Радиационная защита и защита от электромагнитных полей.

22. В течение гарантийного срока работы установки (12 месяцев с момента приемки Заказчиком) все указанные выше параметры должны быть выдержаны.

23. Наработка на отказ в течение года эксплуатации не менее 500 часов.

24. Требования стойкости к внешним воздействиям.

25. Установка должна размещаться в закрытом помещении при t° окружающего воздуха 15-г25°С, влажности до 75%.

26. Требования эргономики и технической эстетики.

27. Разработка должна проводиться, принимая во внимание последние достижения науки и техники, а также технической эстетики.

28. Требования технического обслуживания и ремонта.

29. Габаритные размеры установки определяются с учетом радиационной защиты. 4.8.Требования к транспортированию и хранению.

30. Транспортировка установки осуществляется укрупненными узлами. Условия транспортировки — автотранспорт закрытый. При транспортировке соблюдать правила закрепления узлов в кузове, оберегать от ударов, место хранение отапливаемое помещение.5. ЭТАПЫ РАБОТЫ

31. Перечень этапов, сроки их выполнения, исполнители и стоимость представлены в календарном плане работ, являющимся приложением к договору.6. ТРЕБОВАНИЯ К ДОКУМЕНТАЦИИ

32. Аннотационные отчеты по окончании этапов работ.62. Технический паспорт.

33. Эксплуатационная документация (2 комплекта).

34. Перечень быстроизнашивающихся узлов и деталей и их чертежи.

35. Протокол приемо-сдаточных испытаний установки по окончании работ.7. ОСОБЫЕ УСЛОВИЯ

36. Настоящее техническое задание может уточняться и дополняться в процессе выполнения работы и утверждаться тем же порядком.72. Тема несекретная.

37. Протоколы согласования технических требований к установке, подписанные в процессе разработки, становятся неотъемлемой частью технического задания.

38. Права на интеллектуальную собственность особо оговариваются при заключении договора.выводы

39. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

40. Сулима A.M., Носков А.А., Серебренников Г.З. основы технологии производства газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1996. 279 с.

41. Елисеев Ю.С. Успех без секретов // Двигатель, 2 (32). 2004. с. 6-9.

42. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.: Машиностроение, 1993. 240 с.

43. Prospective survey of surface hardening technologies. CETIM, Senlis, 16 October 2001. 28 p.

44. Evans W. J. Optimising mechanical properties in a+P-titanium alloys. //Thermomechanical processing of and metallurgy of titanium alloys. 7-11 July 1997, Wollongong, Australia, p. 89-96.

45. Semiatin S.L., Seetharaman V., Weiss I. Hot workability of titanium and titanium aluminide alloys an overview. // Materials Science and Engineering, 1998. A243. p. 1-24.

46. Moiseev V.N., Syisoyeva N.V. Development perspectives of titanium alloys // Titanium 99. Science and Technology. Proceedings of the 9 th World Conference on Titanium. 7-11 Juny 1999, Saint-Petersburg, Russia, p. 48-52.

47. Анташев В.Г., Ночовная H.A., Моисеев B.H. Перспективные титановые сплавы // Титан, 2003. №2. с. 31-35.

48. Анташев. В.Г., Ночовная Н.А. Перспективы применения титановых сплавов в авиа и ракетостроении // Материалы Международной конференции «Ti-2004 в СНГ» на электронном диске, теплоход «Санкт-Петербург», 25-26 мая 2004. 5 с.

49. Evans W.J. Optimising mechanical properties in alpha-beta titanium alloys // Materials Science and Engineering, 1998. A243. p. 89-96.

50. Suzuki H.G., Eylon D. Hot ductility of titanium alloy: a challenge fot cotinuous casting process // Materials Science and Engineering, 1998. A243. p. 126-133.

51. Martin P.L. Effects of hot working on the microstructure of titatium base alloys // Materials Science and Engineering, 1998. A243. p. 25-31.

52. Lutjeiring G. Influence of processing on microstructure and mechanical properties of (a+p) titanium alloys // Materials Science and Engineering, 1998. A243. p. 32-45.

53. Evans WJ.Mechanical behaviour at elevated temperature: cycle and time dependent effects // Titanium 95. Science and Technology. Proceedings of the 8 th World Conference on Titanium. 22-26 October 1995, Birmingham, UK. v. 2. p. 1065-1075.

54. Albrecht J., Lutjering G. Microstructure and mechanical properties of titanium alloys // Titanium 99. Science and Technology. Proceedings of the 9 th World Conference on Titanium. 7-11 Juny 1999, Saint-Petersburg, Russia, p 363-375.

55. Lutjeiring G., Sauer C. Processing, microstructure and properties of titanium Ti-6246 // Titanium 99. Science and Technology. Proceedings of the 9 th World Conference on Titanium. 7-11 Juny 1999, Saint-Petersburg, Russia, p. 390-397.

56. Hines J.A., Peters J.O., Lutjeiring G. Microcrack propagation in the LCF-and HCF-regimes in Ti-6A1-4V // Titanium 99. Science and Technology. Proceedings of the 9 th World Conference on Titanium. 7-11 Juny 1999, Saint-Petersburg, Russia, p. 433-440.

57. Салонина О. П. , Глазунов С. Г. Жаропрочные титановые сплавы. М. : Металлургия, 1976. 447 с.

58. Металлография титановых сплавов /Н.Ф. Аношкин, А.Ф. Белов, С.Г. Глазунов и др.// М.: Металлургия. 1980. 463 с.

59. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия) // М.: МИСиС, 2001.632 с.

60. А. Ф. Львов, В. А. Шулов, Н. А. Ночовная, Г. Е. Ремнев. Влияние кратерообразования на усталостную прочность и коррозионную стойкость жаропрочных материалов облученных мощным ионным пучком // ж. ФиХОМ, 2001. №4. - с . 40-45.

61. Исследование состояния поверхности обработанных мощным ионным пучком лопаток компрессора ГТД из сплава ВТ9 после эксплуатационных испытаний на технологическом двигателе / А. Н. Напольное, А. Ф. Львов, В. А. Шулов и др.// Титан, 1995.-№1-2.-с. 30-34.

62. Шулов В. А. Влияние ионной имплантации на химический состав и структуру поверхностных слоев жаропрочных сплавов // Известия ВУЗов. Физика, 1994. №5. -с. 72-91.

63. Использование сильноточных импульсных электронных пучков для модификации свойств лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, А.Ф. Львов, В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, В. А. Энгелько // ж. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2003, №3, с. 41-49.

64. Пайкин А.Г. Разработка высокоинтенсивной технологии поверхностной модификации лопаток КВД из жаропрочных сталей типа ЭП866ш с применением сильноточных импульсных электронных пучков // Диссертация на соискание уч. ст. к.т.н., МАИ, 2003. 103 с.

65. Обработка изделий из титановых сплавов низкоэнергетическими электронными пучками микросекундной длительности /В.А. Шулов, Д.С.Назаров, Д.И. Проскуровский и др.//ж. ФиХОМ, 1998. №1. с. 27-33.

66. Application of high power pulsed electron and ion beams in aircraft engine building // V.A. Shulov, N.A. Nochovnaya, G.E. Remnev, D.I. Proskurovski // Abstracts of "Beams-98" Conference, Haifa, Book of Abstracts, v. 1, 1998, p. 295.

67. Modification of titanium alloy parts properties by intensive electron beams // V.A. Shulov, N.A. Nochovnaya, D.I. Proskurovski etc.// Proceedings of'BEAMS-96" Conference, Prague, v. 2. 1996. p. 826-830.

68. V. Engelko, B. Yatsenko, G. Mueller, H. Bluhm GESA-1 and GESA-2 accelerators of intense pulsed electron beams // J. Vacuum, 2001, v. 62, p. 211-214.

69. Аношкин Н.Ф., Сагалаев Ю.М. Титановые сплавы с повышенной жаростойкостью // ж. Технология легких металлов, 2002. №1. с. 38-43.

70. Колачев Б.А. Физическое металловедение титана. М.: Металлургия, 1979. 184 с.

71. Глазунов Г.С., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1974. 368 с.

72. Ильин А.А. Фазовые и структурные превращения в титановых сплавах, легированных водородом. Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 1987. №1. с. 96-101.

73. Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. М.: Наука. 1994. с. 303.

74. Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении. М.: Машиностроение 1990 с.

75. Коллинз Е.В. Физическое металловедение титановых сплавов. Пер. с анг. под редакцией Б.И. Веркина и В.А. Москаленко. М.: Металлургия. 1988. 223 с.

76. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. Пер. с анг. под редакцией А.П. Карнаухова. М.: МИР. 1984. 310 с.

77. Петухов А.Н. Особенности конструкционной прочности титановых сплавов и технологические методы повышения сопротивления усталости деталей из них // Титан, 1995. №1-2. с. 36-40.

78. Петухов А.Н. Технологическая наследственность и сопротивление усталости деталей машин // В сб. Поверхностный слой, точность, эксплуатационные свойства и надежность деталей машин и приборов. М.: МДНТП, 1989. с. 20-22.

79. Петухов А.Н., Бычкова Н.Г., Пучков И.В. Некоторые особенности кинетики деформирования конструкционных материалов при циклическом упругопластическом деформировании // Проблемы прочности, 1986. №11. с. 7-11.

80. Озур Г. Е., Проскуровский Д. И. Формирование субмикросекундных низко-энергетичных сильноточных электронных пучков в пушке с плазменным катодом // Письма в ЖТФ, 1988. т. 14, №5. с. 413-416.

81. Бугаев С. П., Крейндель Ю. Е., Щанин П. М. Электронные пучки большого сечения. М.: Энергоатомиздат, 1984. 112 с.

82. Марков А. Б. , Проскуровский Д. И. , Ротштейн В. П. Формирование зоны теплового влияния в железе и стали 45 при воздействии низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков //Томский научный центр, СО РАН, Препринт№17. 1993. 63 с.

83. Стародубцев С. В. , Романов А. М. Прохождение заряженных частиц через вещество. Ташкент: АН Уз. ССР, 1962. 227 с.

84. Матвеев А. Н. Атомная физика. М.: Высшая школа. 1989. 440 с.

85. Шиллер 3., Гайзич У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология. М.: Энергия, 1980. 528 с.

86. Инжекционная газовая электроника. / Бычков Ю. И. , Королев Ю. Д. , Месяц Г. А. и др. // Новосибирск: Наука, 1982.240 с.

87. Аброян И. А. , Андронов А. К. , Титов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии. М.: Высшая школа, 1984. 320 с.

88. Бронштейн И. М. , Фрайман В. С. Вторичная электронная эмиссия. М.: Наука, 1969. 407 с.

89. Слэтер Дж. Действие излучения на материалы // УФН, 1952. т. 47, №1. с. 51-94.

90. Д. Беспалов В. И. Расчеты методом Монте-Карло характеристик полей электронов и квантов в однородных и неоднородных поглотителях // Депн. ВИНИТИ, 1980. №370780. 62 с.

91. Ковальский Г. А. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1977, 112 с.

92. Ягодкин Ю. Д. , Пастухов К. М. , Сулима А. М. Влияние облучения мощным электронным пучком на топографию поверхности и физико-химическое состояние поверхностного слоя жаропрочных сплавов // Фи ХОМ, 1995. №5. с. 111-119.

93. Шулов В. А. , Ночовная Н. А., Ремнев Г. Е. , Полякова И. Г. , Исаков. И. Ф. Способ ремонта деталей машин с помощью обработки их поверхности концентрированными импульсными потоками энергии И Патент РФ № 586735139. Бюл. №5. 1997. 12 с.

94. Shulov V. A., Nochovnaya N. А., Remnev G. Е. The application of high power ion beams in aircraft engine buildings for reconstruction of refractory alloy parts. Proceedings of Beams-96 International Coference. 1996. v. 2. p. 878-882.

95. Shulov V. A , Nochovnaya N. A., Remnev G. E. High power ion beam treatment of titanium alloy parts. Proceedings of 8-th International Conference on Titanium. 1996. v. 3. p. 21262132.

96. Engelko V. I., Andreev A. A., Komarov F. F. Application of an intense long pulse electron beam for investigation oh iter diverdor material arosion // Proceedings of the Inter. Conf. "BEAMS-96", Prague, 1996. v. 2 p. 793-796.

97. Surface treatment of materials by pulsed electron beams / G. Mueller, G. Schumacher, D. Strauss etc. // Proceedings of the Inter. Conf. "BEAMS-98", Haifa, 1998. p. 243-247.

98. Шулов В. A. , Ремнев Г. E. , Ночовная H. А. Явление кратерообразования при взаимодействии мощных ионных пучков с поверхностью металлов и сплавов: Общая характеристика. Поверхность. 1993. №12. с. 110-121.

99. Шулов В. А. , Ремнев Г. Е. , Ночовная Н. А. Явление кратерообразования при взаимодействии мощных ионных пучков с поверхностью металлов и сплавов: Влияние предварительной обработки. Поверхность. 1995. №6. с. 77-91.

100. Modification of the properties of aircraft engine compressor blades by uninterrup-ted and pulsed-arc ion beam / V.A. Shulov, N. A. Nochovnaya, G. E. Remnev, Ryabchikov A. I. // J. Surface and Coatings Techno-logies, v. 12.1997. p. 17-23.

101. Шулов B.A. Дискуссионные аспекты эффекта дальнодействия и стартово-инерционного механизма разрушения ионно-легированных деталей // Тез. докл. 1-ой Междунар. конф. "Взаимодействие ионов с твердым телом" Минск: БГУ. 1995. с. 26.

102. Шулов В. А. , Стрыгин А. Э. , Досов И. М. Электронная Оже-спектроскопия поверхностных слоев жаропрочных сплавов после ионно-лучевой обработки // Поверхность, 1990. № 7. с. 124-131.

103. Исследование состояния поверхности обработанных мощным ионным пучком лопаток компрессора ГТД из сплава ВТ9 после эксплуатационных испытаний на технологическом двигателе / А. Н. Напольное, А. Ф. Львов, В. А. Шулов и др.// Титан, 1995.-№1-2.-с. 30-34.

104. Применение ионно-лучевой обработки для повышения служебных характеристик лопаток компрессора ГТД из сплава ЭП718ИД / А. М. Сулима, В. А. Шулов, А. Ф. Львов, А. А. Носков и др. // РТМ 1.2.071-1990. 45 с.

105. Львов А. Ф. Разработка технологических процессов ионно-лучевой модификации поверхности при изготовлении и ремонте лопаток компрессора и турбины ГТД // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва: МАИ, 2002.-164 с.

106. Бриггс Д., Сих М. П. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. М.: МИР, 1987. 598 с.

107. Горелик В. А. , Протопопов О. Д. Количественная Оже-спектроскопия // Обзоры по электронной технике. Серия 7. М.: ЦНИИ Электроника, 1978. в. 18. с. 1-50.

108. Furman Е. Composition analysis of some metal alloys using auger electron spectroscopy // J. Material Science, 1982. v. 17. - p. 575-579.

109. Шулепов И.А. Разработка и применение комплекса атомно- и ядерно-физических методов для исследования модифицированных слоев материалов / Автореферат диссертации на соискание уч. ст. к.ф-м.н., Томск. ТПУ: 2004.20 с.

110. Ягодкин Ю.Д. Рентгенографическое исследование структуры поверхностного слоя материалов методом скользящего отраженного пучка // Заводская лаборатория, 1989. -т. 55, №2. с. 72-73.

111. Русаков А. А. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. 480 с.

112. Прочность металлов и сплавов / Дж. Дж. Мак-Куин, Дж. П. Бейлон, Дж. И. Диксон и др. // М.: Металлургия, 1990. 352 с.

113. Исследование коррозионных процессов методом фото-стимулированной экзоэмиссии / В.А. Шулов, В.В. Шорин, A.M. Сулима и др.// Тез. докл. 20 Всес. конф. по эмиссионной электронике . Киев: ИФ АН УССР. 1987. с. 208-209.

114. ЮО.Методы исследования состояния поверхностного слоя деталей двигателей летательных аппаратов \ Ю.Д. Ягодкин, М.В. Зверев, В.В. Шорин, В.А. Шулов // Учебное пособие. М.: МАИ, 1987. 87 с.

115. Дислокационные структуры приповерхностных слоев чистых металлов после ионной имплантации / А.Н. Диденко, Э.В. Козлов, Ю.П. Шаркеев и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1989. №3. - с. 120-131.

116. The mechanisms of the long range effect in metals and alloys by ion implantation / Y.P. Sharkeev, E.V. Kozlov, A.N. Didenko etc.// J. Surface & coatings technology 1996. N 83. -p. 15-21.

117. Проблемы формирования твердых растворов и интерметаллидых фаз системы алюминий никель при высокоинтенсивной ионной имплантации / Э.В. Козлов, А.И. Рябчиков, Ю.П. Шаркеев // Известия академии наук. Серия физическая. 2003, №3. с. 166-167.

118. Методы исследования поверхностного слоя деталей двигателей летательных аппаратов / М.В. Зверев, В.В. Шорин, В.А. Шулов, Ю.Д. Ягодкин // М.: МАИ, 1987. 76 с.

119. Юб.Булычев С. И. , Алехин В. П. Испытание материалов непрерывным вдавливаниеминдентора. М.: Машиностроение, 1990. 224 с. 107.Хан X. Теория упругости. Пер. с нем. Под редакцией Э.И. Григолюка. М.: Мир, 1988. 343 с.

120. Машиностроение, 1987.158 с. 112.Энгель Л., Клингеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение. М.:

121. Металлургия, 1986. 231 с. ПЗ.Ирвин Дж., Парис П. Основы теории роста трещин и разрушение. В кн.: Разрушение.

122. М.: Мир, 1976. т. 3. с. 17-66. 1 Н.Морис Ф., Мени Л., Тиксье Р. Микроанализ и растровая электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1985. 392 с.

123. Erosion of surface coatings in hydrodynamic flows / M. J. Pickles, B. J. Briscoe, R. S. Jullian, M. J. Adams // J. Wear, 1996. v. 181/183, N2. p. 759-765.

124. The failure models induced by white layers during impact wear /Y. Y. Yang, H. S. Fang, Y. K. Zheng etc. // J. Wear, 1995 v. 185, N1/2. p. 17-22.

125. Sunderarajan G. and Shewmon P. A new model for the erosion of metals at normal incidence // J. Wear, v. 84. 1983. p. 237-244.

126. Levy A. Solid particle erosion and erosion corrosion of materials. ASM International, 1995. 534 p.

127. Урбанович М.И., Крамченков E.M., Чуносов Ю.Н. Газоабразивная эрозия металлов и сплавов // Трение и износ, т. 15, №3. с. 389-392.

128. Жаростойкость сплава ВТ18У, подвергнутого ионно-лучевому легированию / В.А. Шулов, А.Э. Стрыгин , Н.А. Ночовная, Ю.Б. Алексеев// ж. Защита металлов, 1991. №3. с. 456-464.

129. Shulov V. А., Nochovnaya N. А., Remnev G. Е. Modification of air-craft engine compressor blades properties by uninterrupted and pulsed ion beams // Intern. Workshop on Ion Beam Surface Technologies, May 20-22, Tomsk, 1996. Book of Abstracts, p. 10.

130. Марков А.Б. Тепловые и деформационные процессы в мишенях, облучаемых интенсивным импульсным электронным пучком. Автореферат диссертации на соискание уч. ст. к.ф-м.н. Томск: ИСЭ РАН, 2001. 16 с.

131. Шулов В.А. Модификация свойств жаропрочных сплавов непрерывными и импульсными ионными пучками. Автореферат диссертации на соискание уч. ст. д.ф-м.н. Минск: БГУ, 1995. 42 с.

132. Поут Дж. М., Фоти Г., Джекобе Д. К. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. М. : Металлургия, 1987. 424 с.

133. Кубашевский О., Олкокк С. Б. Металлургическая термохимия. М.: Металлургия, 1982. 389 с.

134. Майер А.А. Нелинейная динамика границы мишени под действием интенсивных потоков заряженных частиц // Диссертация на соискание ученой степени канд. физ. — мат. наук. Челябинск: ЧГПУ, 112 с.

135. Mechanisms of salt corrosion resistance alteration of refractory steels irradiated by intense pulsed electron beams/ V.A. Shulov, V.I. Engelko, G. Mueller, A.G. Paikin, A .B. Belov,

136. A.F. Lvov// Abstracts of 15th International Conference on High-Power Particle BEAMS, Saint Petersburg, Russia, Jule 18-23, 2004. p. 216.

137. Повышение эксплуатационных свойств лопаток ГТУ обработкой концентрированными импульсными потоками / А.Г. Пайкин, В.А. Шулов, А.Н. Петухов, А.Б. Белов, А.Ф. Львов, В.И. Энгелько // Конверсия в машиностроении, 2004, №6, с. 59-69.

138. Хайн К., Буриг Э. Кристаллизация из расплава. М.: Металлургия, 1987. 319 с.

139. Емельянов В. С. , Евстюхин А. И., Шулов В. А. Теория методов получения чистых металлов, сплавов и интерметаллидов. М.: Энергоатомиздат, 1983. 143 с.

140. Усталостная прочность металлов и сплавов, подвергнутых ионно-лучевой обработке /

141. B.А. Шулов, Н.А. Ночовная, А.И. Рябчиков, А.Г. Пайкин // ж. ФиХОМ, 2004. №4. с. 17-26.

142. Шулов В.А. Перспективы применения сильноточных импульсных электронных и ионных пучков в авиационном двигателестроении. Сб. науч. трудов Научная сессия МИФИ-2003,2003. т. 9. с. 56-59.

143. Shulov V. A., Nochovnaya N. A. Crater creation on the surface of solids during their irradiation by high power pulsed ion beams // J. Nucl. Inst. And Math. B: Beam Inter. With Mater, and Alloys, 1999. v. 148, N1-4. p. 154-158.

144. Materials processing with intense pulsed ion beams / D. J. Rej, H. A. Davis, V. A. Shulov etc. //J. Vac. Sci. Technol., May/June. 1997. A15 (3), May/June. p. 1089-1097.

145. Волков Н.Б., Майер A.E., Яловец А.П. Нелинейная динамика контактной границы сплошных сред с различной плотностью // ЖТФ, 2003. т. 73, в. 3. с. 1-9.

146. Волков Н.Б., Майер А.Е., Яловец А.П. О механизме кратерообразования на поверхности твердых тел при воздействии интенсивных пучков заряженных частиц // Письма в ЖТФ, 2002. т. 72, в. 8. с. 34-38.

147. Кобояси А. Экспериментальная механика. Перевод с анг. под редакцией Б.Н. Ушакова М.: Мир, 1990. т. 1. 615 с.

148. Братухин Г.А. Титановые сплавы для авиационных двигателей (справочные данные). Минавиапром, 1989. 19 с.