МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СПЛАВА ХН65ВМТЮ МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-4(50)-72-82Ключевые слова:
жаропрочный никелевый сплав, износостойкость, коэффициент трения, микротвердость, нанотвердость, электронно-пучковая обработкаАннотация
Одним из перспективных методов повышения эксплуатационных характеристик деталей горячего тракта газотурбинных двигателей является изменение физико-химических свойств поверхностных слоев основного материала за счет применения радиационно-пучковых технологий, а именно импульсной электронно-пучковой обработки (ЭПО). В работе рассмотрены результаты модификации электронным лучом образцов, вырезанных из замковой части рабочих лопаток турбины высокого давления наземного газотурбинного компрессора ГТК-10-4 после эксплуатации в течение 37444 ч, выполненных из жаропрочного сплава на никелевой основе ХН65ВМТЮ без защитного покрытия. Изменяемым параметром обработки выбрана плотность энергии электронного пучка Es, которая составила 15, 25 и 35 Дж/см2, длительность его воздействия и количество импульсов не варьировались. Измерение микротвердости и нанотвердости модифицированных слоев, а также исследование трибологических характеристик (коэффициента трения и скорости износа поверхностного слоя) поверхности обработанных образцов позволили определить оптимальный режим ЭПО из рассматриваемых, плотность энергии при котором составила 15 Дж/см2. Выдвинуты предположения о возможных причинах деградации трибологических свойств поверхностного слоя сплава относительно исходного состояния после ЭПО на других режимах, связанные с полученной структурой модифицированных слоев и наличием в нем трещин и объемных дефектов. Подтверждены основные положения теории направленной кристаллизации в условиях многокомпонентности сплава и высоких скоростей охлаждения поверхностного слоя. Отмечена невозможность применения импульсной ЭПО в условиях массового производства как самостоятельного финишного метода обработки. Использование указанной технологии возможно лишь при условии применения определенных режимов с последующей шлифовкой, необходимой длявыравнивания развитого микрорельефа обработанной поверхности, а также снятия слоя металла в объеме, необходимом для устранения поверхностных трещин.
Библиографические ссылки
Ivanov Y.F., Gromov V.E, Zagulyaev D.V., Konovalov S.V., Rubannikova Y.A., Semin A.P. Prospects for the Application of Surface Treatment of Alloys by Electron Beams in State-of-the-Art Technologies. Uspehi Fiziki Metallov.2022;21(3):345–362.https://doi.org/10.15407/ufm.21.03.345
Комаров Д.В., Коновалов С.В., Жуков Д.В., Виноградов И.С., Панченко И.А. Анализ современной ситуации в области примене-ния электронно-пучковой обработки раз-личных сплавов. Часть 1. Ползуновский вестник. 2021;4:129–139.https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2021.04.017; EDN: PEMXHD.
Комаров Д.В., Коновалов С.В., Жуков Д.В., Виноградов И.С., Панченко И.А. Анализ современной ситуации в области применения электронно-пучковой обработки различных сплавов. Часть 2. Ползуновский вестник.2022;3:204–215.https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.03.028; EDN: VAJZCT.
Шулов В.А., Энгелько В.И., Громов А.Н., Те-ряев Д.А., Быценко О.А., Ширваньянц Г.Г.Применение сильноточных импульсных электронных пучков для восстановления эксплуатационных свойств лопаток газотурбинных двигателей. Известия высших учебных заведений. Порошковая металлур-гия и функциональные покрытия.2014;1:43–49.EDN: RYEQWL.
Шулов В.А., Громов А.Н., Теряев Д.А., Энгелько В.И. Применение сильноточных им-пульсных электронных пучков для модифи-цирования поверхности лопаток газотурбинных двигателей (обзор). Известия высших учебных заведений. Порошковая ме-таллургия и функциональные покрытия. 2015;1:38–48. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-1-38-48; EDN: TNIHGB.
Шулов В.А., Крайников А.В., Пайкин А.Г., Быценко О.А., Энгелько В.И., Ткаченко К.И. Модифицирование жаростойкого вакуумно-дугового покрытия NiCrAlY на поверхности лопаток из жаропрочных никелевых сплавов ЖС6У и ЖС26НК сильноточными импульс-ными электронными пучками. Упрочняющие технологии и покрытия.2009;2:37–40. EDN: KWJKAN.
Новиков А.С., Пайкин А.Г., Шулов В.А., Быценко О.А., Теряев Д.А., Энгелько В.И., Ткаченко К.И. Результаты длительных ис-пытаний на технологическом двигателе РД33 лопаток компрессора ГТД из стали ЭП866Ш, облученных сильноточным им-пульсным электронным пучком. Упрочня-ющие технологии и покрытия.2010;9:18–22. EDN: MUFMUF.
Lyu P., Chen Y., Liu Z., Cai J., Zhang C., Jin Y., Guan Q., Zhao N. Surface modification of CrFeCoNiMo high entropy alloy induced by high-current pulsed electron beam. Applied Surface Science.2020;504:144453.https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.144453.
Zhao G., Zhang P., Li J., Zhang Z., Li H., Ma L.Effects of different scanning speeds on micro-structure evolution and tribological properties of Inconel 718 alloy vacuum electron beam surface modification. Materials Today Sustainability. 2024;25:100613. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100613.
Хайрулин В.Т., Самохвалов Н.Ю., ТихоновА.С.,Сендюрев С.И. Результаты экспериментального исследования лопаток турбин с различной поверхностной шероховатостью. Вестник Пермского национального исследо-вательского политехнического универси-тета. Аэрокосмическая техника. 2015;42:20–33. https://doi.org/10.15593/2224-9982/2015.42.2. EDN: TZQUDL.
Liu J., Li Z., Hanachi H. A physics-based framework for online surface roughness assessment for high-pressure turbines. Chinese Journal of Aeronautics. 2021;34(7):135–156.https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.06.015
Носов Н.В., Абрамов А.Д., Косулин С.И. Оценка микроструктуры поверхности про-филя пера лопаток газотурбинного двигателя. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение.2017;16(2):90–100. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2017-16-2-90-100.EDN: ZAETLZ.
Шулов В.А., Энгелько В.И., Громов А.Н., Теря-ев Д.А., Быценко О.А., Ширваньянц Г.Г. Кратерообразование на поверхности деталей из титановых сплавов при облучении сильноточными импульсными электронными пучками. Физика и химия обработки материалов.2015;5:22–28.EDN: UXBPTV.
Громов В.Е., Коновалов С.В., Аксёнова К.В.,Кобзарева Т.Ю. Эволюция структуры и свойств легких сплавов при энергетических воздействиях. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2016:249.
Токтарбаева Г.М., Алпысбаев С.К., Рахади-лов Б.К., Сатабаева З.А., Жапарова М.С.Влияние электролитно-плазменного упроч-нения поверхности на структуру и свойства стали 40ХН. Вестник Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева.2020;1:199–204. https://doi.org/10.51885/15614212_2020_1_199.EDN: QZKRJI.
Муслов С.А., Лотков А.И. Нанотвердость и модуль упругости монокристаллов и поли-кристаллов системы сплавов TiNi-TiFe. Физическая мезомеханика. 2022;25(6):57–62. https://doi.org/10.55652/1683-805X_2022_25_6_57. EDN: ALVTYQ.
Gao Y. Surface modification of TC4 titanium alloy by high current pulsed electron beam (HCPEB) with different pulsed energy densities.J. Alloys and Comps. 2013;572:180–185.
Мысик Р.К., Сулинин А.В., Брусницын С.В. Литейные сплавы на основе тяжелых цветных металлов. Учебное пособие для вузов. Москва: Юрайт, 2022:140.
Белявин А.Ф., Куренкова В.В., Федотов Д.А.,Салий С.Г., Щербинин А.П. Продление ре-сурса рабочих лопаток ГТК 10-4 из сплава ЭИ 893 после продолжительного срока экс-плуатации. Автоматическая сварка.2016; 4(752):9–25.
Мубаракшин Р.М., Дическул М.Д., Николаев Н.Н., Травкин А.А., Мубаракшин Р.М., Мубаракшин М.Р. Роботизированная адаптивная размерная полировка компрессор-ных и турбинных лопаток. Авиационные двигатели.2021;4(13):51–62. https://doi.org/10.54349/26586061_2021_4_51EDN: YGFKKK.
Сазонов М.Б., Соловацкая Л. В. Влияние напряжённого состояния поверхностного слоя на выносливость лопаток компрессора газотурбинного двигателя. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение.2019;18(1):109–117. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2019-18-1-109-117.EDN:ZDUVLV.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Дмитрий Валерьевич Комаров, Сергей Валерьевич Коновалов, Юрий Федорович Иванов, Ирина Алексеевна Панченко
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
