Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов
Предложен способ повышения служебных характеристик деталей газотурбинных двигателей (ГТД) из порошковых (гранульных) заготовок. Метод включает в себя горячую изостатическую деформацию при высоком давлении, жидкофазное спекание и деформацию заготовок деталей. При этом достигается значительная (до 50%...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2009
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69245 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов / О.И. Самойлов, В.А. Поклад, И.А. Бурлаков, В.В. Латыш // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 4. — С. 76-81. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859714698675486720 |
|---|---|
| author | Самойлов, О.И. Поклад, В.А. Бурлаков, И.А. Латыш, В.В. |
| author_facet | Самойлов, О.И. Поклад, В.А. Бурлаков, И.А. Латыш, В.В. |
| citation_txt | Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов / О.И. Самойлов, В.А. Поклад, И.А. Бурлаков, В.В. Латыш // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 4. — С. 76-81. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Предложен способ повышения служебных характеристик деталей газотурбинных двигателей (ГТД) из порошковых (гранульных) заготовок. Метод включает в себя горячую изостатическую деформацию при высоком давлении, жидкофазное спекание и деформацию заготовок деталей. При этом достигается значительная (до 50%) экономия дорогостоящих материалов. Приведена технологическая схема изготовления заготовок дисков из гранульного никелевого сплава ЭП741НП. Ключевые слова: порошковые заготовки, горячее изостатическое прессование
Запропоновано спосіб підвищення службових характеристик деталей газотурбінних двигунів (ГТД) з порошковых (гранульных) заготовок. Метод включає гарячу ізостатичну деформацію при високому тиску, рідиннофазне спікання і деформацію заготовок деталей. При цьому досягається значна (до 50%) економія дорогих матеріалів. Наведено технологічну схему виготовлення заготовок дисків з гранульного нікелевого сплаву ЭП741НП.
A method of increasing the operation characteristics of jet engine parts made of powder (granular) preforms has been proposed. The method includes the hot isostatic deformation under high pressure, the liquid-phase sintering and deformation of preforms. A considerable (to 50%) saving in expensive materials is reached. A technological scheme of making preforms for discs from the granular nickel alloy ЭП74НП is given.
|
| first_indexed | 2025-12-01T07:58:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 4
© О.И. Самойлов, В.А. Поклад, И.А. Бурлаков, В.В. Латыш, 2009
PACS: 81.40.–z
О.И. Самойлов1, В.А. Поклад1, И.А. Бурлаков1, В.В. Латыш2
РОЛЬ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ В ФОРМИРОВАНИИ СТРУКТУРЫ
ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
1ФГУП ММПП «Салют»
пр. Буденного, 16, г. Москва, 105118, Россия
E-mail: burlakov@salut.ru
2ИНТЦ «Искра»
ул. Пушкина, 81, г. Уфа, 450000, Россия
Статья поступила в редакцию 16 октября 2008 года
Предложен способ повышения служебных характеристик деталей газотурбинных
двигателей (ГТД) из порошковых (гранульных) заготовок. Метод включает в себя
горячую изостатическую деформацию при высоком давлении, жидкофазное спека-
ние и деформацию заготовок деталей. При этом достигается значительная (до
50%) экономия дорогостоящих материалов. Приведена технологическая схема из-
готовления заготовок дисков из гранульного никелевого сплава ЭП741НП.
Ключевые слова: порошковые заготовки, горячее изостатическое прессование,
жидкофазное спекание, изотермическая раскатка, диски газотурбинных двигателей
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что в характерном для
авиационного двигателестроения мелкосерийном производстве в условиях
резкого повышения стоимости материалов и энергоресурсов основные уси-
лия специалистов должны быть направлены на снижение материалоемкости
производства. Это достигается за счет повышения точности заготовок, со-
вершенствования методов их получения. Порошковые заготовки, подверг-
нутые газоизостатическому прессованию при высоком давлении, жидкофаз-
ному спеканию и изотермической осадке с последующей изотермической
раскаткой, позволяют избежать основного недостатка монолитных заготовок –
наследственной анизотропии свойств, являющейся следствием неоднород-
ного химического состава исходного материала.
В Научно-исследовательском институте технологии и организации произ-
водства двигателей (НИИД), который входит в состав ФГУП ММПП «Салют»,
разработан процесс, улучшающий служебные характеристики ГТД за счет
применения жидкофазного спекания и деформации заготовок дисков, в том
числе при их производстве (рис. 1). При этом достигается значительная (до
50%) экономия дорогостоящих материалов.
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 4
77
а б в
г д
е ж
Рис. 1. Технологическая схема изготовления заготовок дисков из гранульного ни-
келевого сплава ЭП741НП: а – газоизостатическое прессование; б – жидкофазное
спекание; в – механическая обработка; г – осадка, 1-я операция; д – осадка, 2-я опе-
рация; е, ж – заготовка соответственно перед раскаткой и после нее
Для исследований были выбраны следующие объекты:
1. Фрагменты дисков авиационного двигателя «99» из сплава ЭП741НП,
прошедшие операции горячего изостатического прессования и термообра-
ботку.
2. Герметичные капсулы из стали 20, наполненные гранулами ЭП741НП с
гранулометрическим составом около 315 μm.
В первом случае жидкофазному спеканию подвергали скомпактированный
материал, имеющий в структуре единичные границы гранул. С помощью жид-
кофазного спекания при температуре выше температуры солидуса TS (в нашем
случае – выше 1240°С) предполагалось удалить остатки границ гранул и соз-
дать структуру металла, годную для деформации без бокового подпора. В дан-
ном случае необходимо было удалить из структуры полученную при термооб-
работке γ′-фазу, поскольку жидкофазное спекание такой структуры искажает
ход процесса (жидкость выделяется не только на поверхности гранулы, но и
внутри нее). Для этого применяли стандартный отжиг, который осуществляли
при температуре выше температуры полного растворения γ´-фазы в γ-фазе.
После жидкофазного спекания образцы были подвергнуты:
1) термообработке в соответствии с ТУ 1.809.530.04;
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 4
78
2) уплотнению при комнатной температуре и термообработке в соответ-
ствии с ТУ 1.809.530.04;
3) деформации (свободная осадка при комнатной температуре со степе-
нью деформации до 25%) и термообработке в соответствии с ТУ
1.809.530.04.
В табл. 1 приведены механические свойства материала полученных заготовок.
Таблица 1
Механические свойства заготовок, полученных по различным технологиям
Механические характеристики
Тип заготовок
σs σb δ ψ Dотп
KCU,
J/cm2
Длительная прочность,
h (при T = 650°C,
σs = 100 kgf/mm2)
Серийный диск 114.8 142.4 13.3 16.9 1.52 43 ≥ 100
Группа № 1 (без от-
жига) 122.9 151.8 13.0 13.9 1.50 41 334
Группа № 1 (с предва-
рительным отжигом) 106.4 144.9 16.7 20.0 1.56 54 ≥ 120
Группа № 2 117.7 149.0 13.7 18.9 1.57 68 ≥ 100
Группа № 3 114.3 153.9 16.1 22.7 1.52 66 ≥ 120 (сняты
без разрушения)
Требования
ТУ 1.809.530.04 ≥ 95 ≥ 140 ≥ 13 ≥ 15.0 1.5–1.70 ≥ 40 ≥ 100
Перспективным является процесс изотермической раскатки заготовок де-
талей типа «диски ГТД» как из монолитного металла, так и из порошков за
счет создания высоких контактных давлений в очаге локального приложе-
ния деформирующей нагрузки. Изотермическую раскатку осуществляли на
линии АЛРД-800 (рис. 2). Обработку производили по схеме, обеспечиваю-
щей получение высоких механических характеристик (рис. 3).
Рис. 2. Стан для изотермической раскатки дисков АЛРД-800
Рис. 3. Схема изотермической раскатки
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 4
79
Расчеты показывают, что при использовании технологии жидкофазного
спекания и изотермической раскатки цилиндрической капсулы с гранулами
коэффициент использования материала возрастает до 40%.
Результаты исследований статических свойств и длительной прочности ука-
зывают на существенное (10–20%) повышение механических характеристик
металла, подвергнутого изотермической раскатке (табл. 2).
Таблица 2
Результаты исследований статических свойств и длительной прочности
Механические свойства при T = 20°C
σb σS δ ψМесто вырезки
образцов
MPa %
Dотп,
mm
Ак,
kgf·m/cm2
Длительная
прочность, h
(Т = 650ºC,
σ = 1000 MPa)
Нераскатанная
зона 1392 1003 16.2 20.0 1.60 46 –
1463 988 25.0 26.2 1.60 51 148 h 55 min
1495 1083 20.4 22.7 1.57 47
1491 1082 20.0 24.6 1.53 47
Раскатанная
зона
1516 1128 21.6 25.6 1.58 45
100*
По ТУ
1.809.530.04 ≥ 1400 ≥ 950 ≥ 13.0 ≥ 15.0 1.50–1.75 ≥ 40 ≥ 100
* Данные получены без разрушения образца.
В процессе исследований было установлено, что вопреки установившейся
практике рассматриваемый процесс позволяет осуществлять деформацию
заготовок до степеней выше 75–80%. При этом в случае многостадийной го-
рячей свободной осадки на последней ее ступени деформация протекает в
режиме сверхпластичности. На рис. 4 показана структура заготовок, которая
характеризуется полным отсутствием границ гранул и мелкими выделения-
ми карбидов, являющимися элементами упрочнения металла. Суммарная
деформация гранульной заготовки составила 72%
а б
Рис. 4. Микроструктура заготовок после жидкофазного спекания и пластической
деформации ~ 80%
100 μm
50 μm
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 4
80
Необходимо отметить, что до настоящего времени ни зарубежных, ни
отечественных публикаций по данному вопросу не было. Полученные ре-
зультаты являются основой новой промышленной технологии изготовления
дисков ГТД из гранульных материалов с повышенными эксплуатационными
характеристиками (на 10–20% – по прочностным свойствам и до 50% – по
пластическим). Разработанная технология позволяет существенно (до 2 раз)
экономить металл. Она защищена патентами и широко освещена в печати.
Выводы
1. Жидкофазное спекание в сочетании с деформацией повышает свойства
порошковых заготовок дисков ГТД до 15–20%.
2. При использовании указанной выше технологической схемы отпадает
необходимость в конструировании и изготовлении крупногабаритной спе-
циальной оснастки.
3. Применение жидкофазного спекания и деформации заготовок на рас-
катном стане АЛРД-800 в режиме сверхпластичности не требует использо-
вания тяжелого прессового оборудования. При этом экономия дорогостоя-
щих металлов достигает 40–50%.
1. А.Г. Братухин, Современные авиационные материалы. Технологические и
функциональные особенности, АвиаТехИнформ, Москва (2001).
2. В.А. Поклад, О.И. Самойлов, И.А. Бурлаков, 5-я международная конференция
«Авиация и космонавтика – 2006», Москва (2006).
3. В.А. Поклад, О.И. Самойлов, И.А. Бурлаков, ФТВД 17, № 2, 119 (2007).
О.І. Самойлов, В.А. Поклад, І.А. Бурлаков, В.В. Латиш
РОЛЬ ВИСОКИХ ТИСКІВ У ФОРМУВАННІ СТРУКТУРИ ЖАРОМІЦНИХ
НІКЕЛЕВИХ СПЛАВІВ
Запропоновано спосіб підвищення службових характеристик деталей газотурбінних
двигунів (ГТД) з порошковых (гранульных) заготовок. Метод включає гарячу
ізостатичну деформацію при високому тиску, рідиннофазне спікання і деформацію
заготовок деталей. При цьому досягається значна (до 50%) економія дорогих ма-
теріалів. Наведено технологічну схему виготовлення заготовок дисків з гранульно-
го нікелевого сплаву ЭП741НП.
Ключові слова: порошкові заготовки, гаряче ізостатичне пресування, рідиннофаз-
не спікання, ізотермічна розкатка, диски газотурбінних двигунів
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 4
81
O.I. Samoilov, V.A. Poklad, I.A. Burlakov, V.V. Latysh
THE IMPORTANCE OF HIGH PRESSURE FOR HIGH RESISTANT
NICKEL ALLOY STRUCTURE FORMATION
A method of increasing the operation characteristics of jet engine parts made of powder
(granular) preforms has been proposed. The method includes the hot isostatic deformation
under high pressure, the liquid-phase sintering and deformation of preforms. A consider-
able (to 50%) saving in expensive materials is reached. A technological scheme of mak-
ing preforms for discs from the granular nickel alloy ЭП74НП is given.
Keywords: powder preforms, hot isostatic pressure, liquid-phase sintering, jet engine
disks
Fig. 1. Technological scheme of making preforms for discs from the granular nickel alloy
ЭП74НП: a – gas-isostatic compaction; б – liquid-phase sintering; в – machining; г –
upsetting, 1st operation; д – upsetting, 2nd operation; е, ж – preform before and after
expansion, respectively
Fig. 2. Mill for isothermal expansion of discs АЛРД-800
Fig. 3. The isothermal expansion scheme
Fig. 4. Microstructure of preforms after liquid-phase sintering and plastic deformation ~ 80%
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69245 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T07:58:51Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Самойлов, О.И. Поклад, В.А. Бурлаков, И.А. Латыш, В.В. 2014-10-09T15:28:47Z 2014-10-09T15:28:47Z 2009 Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов / О.И. Самойлов, В.А. Поклад, И.А. Бурлаков, В.В. Латыш // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 4. — С. 76-81. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.–z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69245 Предложен способ повышения служебных характеристик деталей газотурбинных двигателей (ГТД) из порошковых (гранульных) заготовок. Метод включает в себя горячую изостатическую деформацию при высоком давлении, жидкофазное спекание и деформацию заготовок деталей. При этом достигается значительная (до 50%) экономия дорогостоящих материалов. Приведена технологическая схема изготовления заготовок дисков из гранульного никелевого сплава ЭП741НП. Ключевые слова: порошковые заготовки, горячее изостатическое прессование Запропоновано спосіб підвищення службових характеристик деталей газотурбінних двигунів (ГТД) з порошковых (гранульных) заготовок. Метод включає гарячу ізостатичну деформацію при високому тиску, рідиннофазне спікання і деформацію заготовок деталей. При цьому досягається значна (до 50%) економія дорогих матеріалів. Наведено технологічну схему виготовлення заготовок дисків з гранульного нікелевого сплаву ЭП741НП. A method of increasing the operation characteristics of jet engine parts made of powder (granular) preforms has been proposed. The method includes the hot isostatic deformation under high pressure, the liquid-phase sintering and deformation of preforms. A considerable (to 50%) saving in expensive materials is reached. A technological scheme of making preforms for discs from the granular nickel alloy ЭП74НП is given. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов Роль високих тисків у формуванні структури жароміцних нікелевих сплавів The importance of high pressure for high resistant nickel alloy structure formation Article published earlier |
| spellingShingle | Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов Самойлов, О.И. Поклад, В.А. Бурлаков, И.А. Латыш, В.В. |
| title | Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов |
| title_alt | Роль високих тисків у формуванні структури жароміцних нікелевих сплавів The importance of high pressure for high resistant nickel alloy structure formation |
| title_full | Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов |
| title_fullStr | Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов |
| title_full_unstemmed | Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов |
| title_short | Роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов |
| title_sort | роль высоких давлений в формировании структуры жаропрочных никелевых сплавов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69245 |
| work_keys_str_mv | AT samoilovoi rolʹvysokihdavleniivformirovaniistrukturyžaropročnyhnikelevyhsplavov AT pokladva rolʹvysokihdavleniivformirovaniistrukturyžaropročnyhnikelevyhsplavov AT burlakovia rolʹvysokihdavleniivformirovaniistrukturyžaropročnyhnikelevyhsplavov AT latyšvv rolʹvysokihdavleniivformirovaniistrukturyžaropročnyhnikelevyhsplavov AT samoilovoi rolʹvisokihtiskívuformuvannístrukturižaromícnihníkelevihsplavív AT pokladva rolʹvisokihtiskívuformuvannístrukturižaromícnihníkelevihsplavív AT burlakovia rolʹvisokihtiskívuformuvannístrukturižaromícnihníkelevihsplavív AT latyšvv rolʹvisokihtiskívuformuvannístrukturižaromícnihníkelevihsplavív AT samoilovoi theimportanceofhighpressureforhighresistantnickelalloystructureformation AT pokladva theimportanceofhighpressureforhighresistantnickelalloystructureformation AT burlakovia theimportanceofhighpressureforhighresistantnickelalloystructureformation AT latyšvv theimportanceofhighpressureforhighresistantnickelalloystructureformation |