vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2026-1(55)-63-72vsgiu-913Research ArticleРаздел 2. Металлургия и материаловедениеSection 2. Metallurgy and Materials ScienceВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ НА КОЭФФИЦИЕНТ ТЕРМИЧЕСКОГО ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ СПЛАВА МАРКИ ЭП648INFLUENCE OF LASER SURFACING MODES ON THE COEFFICIENT OF LINEAR THERMAL EXPANSION OF EP648 MATERIALhttps://orcid.org/0009-0007-6537-0079НегодяевВадим ОлеговичNegodyaevVadim O.

аспирант кафедры литейных и высокоэффективных технологий, начальник бюро сварки и пайки

Postgraduate student of the Department of Foundry and High-Efficiency Technologies, Head of the Welding and Soldering Bureau

vadim031198@gmail.comИлларионовДмитрий ВладимировичIllarionovDmitry V.

магистр кафедры литейных и высокоэффективных технологий, инженер-технолог

master’s student of the Department of Foundry and High-Efficiency Technologies, Process Engineer

ya@illarionov-1.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5625-848XЖаткинСергей СергеевичZhatkinSergey S.

к.т.н., профессор кафедры литейных и высокоэффективных технологий

 

Cand. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Foundry and High-Performance Technologies

sergejat@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7061-0144НикитинКонстантин ВладимировичNikitinKonstantin V.

д.т.н., профессор кафедры литейных и высокоэффективных технологий, декан факультета машиностроения, металлургии и транспорта

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Foundry and High-Efficiency Technologies, Dean of the Faculty of Mechanical Engineering, Metallurgy and Transport

kvn-6411@mail.ruСамарский государственный технический университет, ПАО «ОДК-Кузнецов»РоссияSamara State Technical University, PJSC UEC-KuznetsovRussian FederationСамарский государственный технический университет, ПАО «ОДК-Кузнецов»Russian FederationSamara State Technical University, PJSC UEC-KuznetsovRussian FederationСамарский государственный технический университетRussian FederationSamara State Technical UniversityRussian Federation202631032026016372Copyright © Негодяев В., Илларионов Д., Жаткин С., Никитин К., 20262026Негодяев В., Илларионов Д., Жаткин С., Никитин К.Negodyaev V., Illarionov D., Zhatkin S., Nikitin K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/913

Рассмотрена проблема восстановления посадочных поверхностей валов газотурбинных установок, в частности, применение технологии прямой лазерной наплавки (ПЛН) с использованием сплава ЭП648 (ХН50ВМТЮБ) для ремонта деталей из материала ЭП693 (ХН68ВМТЮК‑ВД). Технология ПЛН в качестве метода восстановления валов имеет преимущество по сравнению с традиционными методами за счет высокого уровня автоматизации и меньших остаточных напряжений. Особое внимание уделено подбору оптимального режима наплавки сплава ЭП648, обеспечивающего минимальную разницу в термическом расширении материалов, что критически важно для надежности восстановленных деталей в условиях термического циклирования. Для исследования использовали заготовки, наплавленные по трем режимам из металлопорошковой композиции марки ЭП648 (ТУ 1-595-16-1260 ‒ 2011), и один образец из прутка марки ЭП693 (ГОСТ 2590 ‒ 2006). Измерение коэффициента термического линейного расширения (КТЛР) проводили на механическом дилатометре при нагреве образцов от 25 до 400 °С. Приведены исследования влияния режимов прямой лазерной наплавки на коэффициент термического линейного расширения наплавляемого материала марки ЭП648 и сравнение данных коэффициентов с материалом прутка марки ЭП693. Подтверждено, что сплав ЭП648 является перспективным материалом для ПЛН валов из материала ЭП693, так как демонстрирует схожее термическое поведение при измерениях КТЛР. Определен оптимальный режим наплавки при погонной энергии 60 Дж/мм, обеспечивающий однородную структуру без дефектов и оптимальное значении КТЛР. Получены регрессионные зависимости, позволяющие прогнозировать изменение размеров вала за счет теплового расширения при эксплуатации и оптимизировать параметры процесса ремонта.

The problem of restoring the shaft mounting surfaces of gas turbine installations is considered, in particular, the use of direct laser surfacing technology using EP648 alloy (KHN50VMTYUB) to repair parts made of EP693 material (KHN68VMTYUK VD). PLC technology as a shaft restoration method has an advantage over traditional methods due to a high level of automation and lower residual stresses. Special attention is paid to the selection of the optimal mode of deposition of the EP648 alloy, which ensures a minimal difference in the thermal expansion of the materials, which is critically important for the reliability of the restored parts under thermal cycling conditions. For the study, blanks deposited in three modes from an EP648 metal powder composition (TU 1-595-16-1260 ‒ 2011) and one preparation from an EP693 rod (GOST 2590 ‒ 2006) were used. The coefficient of thermal linear expansion (KTLR) was measured on a mechanical dilatometer when the samples were heated from 25 to 400 °C. Studies of the effect of direct laser surfacing modes on the coefficient of thermal linear expansion of the deposited material of the EP648 brand and a comparison of these coefficients with the material of the EP693 brand rod are presented. It has been confirmed that EP648 alloy is a promising material for EP693 shaft bearings, as it demonstrates similar thermal behavior during KTLR measurements. The optimal surfacing mode has been determined at a running energy of 60 J/mm, which ensures a homogeneous structure without defects and an optimal KTLR value. Regression dependences have been obtained that make it possible to predict changes in shaft size due to thermal expansion during operation and optimize the parameters of the repair process.

газотурбинный двигательвалпорошковая металлургияпрямая лазерная наплавкакоэффициент термического линейного расширенияпогонная энергиямикроструктурамакроструктураgas turbine engineshaftpowder metallurgydirect laser claddingcoefficient of linear thermal expansionlinear energymicrostructuremacrostructureReferencesСлепова А.Ш. Анализ факторов, влияющих на износ подшипников. Наука, техника и образование. 2017; 10(40):28–33.Slepova A.Sh. Analysis of factors affecting bearing wear. Nauka, tekhnika i obrazovanie. 2017; 10(40):28–33. (In Russ.).Zhao Changlong, Yang Junbao, Li Ming, Zhao Qinxiang, Ma Hongnan, Jia Xiaoyu, Zhang Haifeng. Advances in Surface Laser Cladding Remanufacturing of Shaft Parts. Manufacturing Technology. 2023;23.Zhao Changlong, Yang Junbao, Li Ming, Zhao Qinxiang, Ma Hongnan, Jia Xiaoyu, Zhang Haifeng. Advances in Surface Laser Cladding Remanufacturing of Shaft Parts. Manufacturing Technology. 2023;23.https://doi.org/10.21062/mft.2023.037.https://doi.org/10.21062/mft.2023.037.Молодык Н.В., Зенкин А.С. Восстановле-ние деталей машин. Москва: Машиностроение. 2022:480Molodyk N.V., Zenkin A.S. Machine parts restora-tion. Moscow: Mashinostroenie. 2022:480.(In Russ.).Saboori A, Aversa A, Marchese G, Biamino S, Lombardi M, Fino P. Application of Directed Energy Deposition-Based Additive Manufacturing in Repair. Applied Sciences. 2019;9(16). https://doi.org/10.3390/app9163316Saboori A, Aversa A, Marchese G, Biamino S, Lombardi M, Fino P. Application of Directed Energy Deposition-Based Additive Manufacturing in Repair. Applied Sciences. 2019;9(16). https://doi.org/10.3390/app9163316Jiang, P.F. Zhang C.H., Zhang, S., Zhang J.B., Chen J., Liu Y. Microstructure evolution, wear behavior, and corrosion performance of alloy steel gradient material fabricated by direct laser deposition. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(5):11702–11716.Jiang, P.F. Zhang C.H., Zhang, S., Zhang J.B., Chen J., Liu Y. Microstructure evolution, wear behavior, and corrosion performance of alloy steel gradient material fabricated by direct laser deposition. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(5):11702–11716.https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.08.074https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.08.074Ribeiro K., Mariani F., Idogava H., Silva G., Silveira Z., Lima M., Coelho R. Evaluation of laser polishing as post-processing of Inconel 625 produced by Directed Energy Deposition. Procedia Manufacturing. 2021;53(3):368–374. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2021.06.040Ribeiro K., Mariani F., Idogava H., Silva G., Silveira Z., Lima M., Coelho R. Evaluation of laser polishing as post-processing of Inconel 625 produced by Directed Energy Deposition. Procedia Manufacturing. 2021;53(3):368–374. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2021.06.040Piscopo G., Atzeni E., Biamino S., Iuliano L., Mazzucato F. Saboori A., Salmi A., Valente A. Analysis of single tracks of IN718 produced by laser powder directed energy deposition process. Procedia CIRP. 2022;112:340–345. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.09.006Piscopo G., Atzeni E., Biamino S., Iuliano L., Mazzucato F. Saboori A., Salmi A., Valente A. Analysis of single tracks of IN718 produced by laser powder directed energy deposition process. Procedia CIRP. 2022;112:340–345. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.09.006Vundru Ch., Singh R., Yan W., Karagadde Sh. Effect of spreading of the melt pool on the deposition characteristics in laser directed energy deposition. Procedia Manufacturing. 2021;53:407–416. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2021.06.043Vundru Ch., Singh R., Yan W., Karagadde Sh. Effect of spreading of the melt pool on the deposition characteristics in laser directed energy deposition. Procedia Manufacturing. 2021;53:407–416. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2021.06.043Иванов В.П., Кастрюк А.П., Вигерина Т.В. Выбор материала для восстановления валов наплавкой с учетом его физико-механических свойств. Вестник Полоцкого государственного университета. Серия В. Промышленность. Прикладные науки. 2014;11:85–90.Ivanov V.P., Kastryuk A.P., Vigerina T.V. Selection of material for shaft restoration by surfacing, taking into account its physical and mechanical properties. Vestnik Polotskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya V. Promyshlennost'. Prikladnye nauki. 2014; 11:85–90. (In Russ.).Силенский М.И., Латыпов Р.А. Выбор жа-ропрочного сплава для реновации гребешков лопаток турбин высокого давления лазерной наплавкой. Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов. В кн.: Сборник научных статей 4-й Меж-дународной научно-практической конфе-ренции, посвященной памяти академика А.А. Байкова, Курск, 15 сентября 2023 г. Курск: Юго-Западный государственный университет. 2023:140–146.Silenskii M.I., Latypov R.A. Selecting a heat-resistant alloy for laser cladding renovation of high-pressure turbine blade ridges. Current challenges and development trends in metallurgy and heat treatment of metals and alloys. Collection of scientific articles from the 4th International Scientific and Practical Conference dedicated to the memory of Academician A.A. Baikov, Kursk, September 15, 2023. Kursk: Yugo-Zapadnyi gosudarstvennyi universitet. 2023:140–146.(In Russ.).Иванов В.П., Вигерина Т.В. Коэффициент термического расширения и внутренние напряжения материала покрытий из порошковых материалов. Вестник Полоцкого государственного университета. Серия B. Промышленность. Прикладные науки. 2007;2:62‒66.Ivanov V.P., Vigerina T.V. Thermal expansion coefficient and internal stresses of powder coating material. Vestnik Polotskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya B. Promyshlennost'. Prikladnye nauki. 2007;2. (In Russ.).Негодяев В.О., Селеменев Р.Ю., Жаткин С.С., Никитин К.В., Долинский В.А. Исследование наследственного влияния структуры исходной металлопорошковой композиции и параметров лазерной наплавки на качество наплавленных слоев сплава марки ЭП648. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2025;3(53):63–72. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-3(53)-63-72Negodyaev V.O., Selemenev R.Yu., Zhatkin S.S., Nikitin K.V., Dolinskii V.A. A study of the hereditary influence of the structure of the initial metal-powder composition and laser surfacing parameters on the quality of deposited layers of EP648 alloy. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial'nogo universiteta. 2025; 3(53):63–72. (In Russ.).Климов В.Г. Структура и свойства восстановленных лазерной наплавкой лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов: автореф. дис. канд. техн. наук. Самара, 2019:17.https://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-3(53)-63-72Геллер Ю.А. Жаропрочные никелевые сплавы. Москва: Наука. 2008:368.Klimov V.G. The structure and properties of the blades of gas turbine engines made of heat-resistant alloys restored by laser surfacing: abstract of the dissertation of the Candidate of Technical Sciences. Samara, 2019:17. (In Russ.).Pollock T.M., Tin S. Nickel-Based Superalloys for Advanced Turbine Engines: Chemistry, Microstructure and Properties. Journal Propulsion and Power. 2006;22(2):361–374. https://doi.org/10.2514/1.18239Geller Yu.A. Heat-resistant nickel alloys. Moscow: Nauka. 2008:368. (In Russ.).Ломберг Б.С., Овсепян С.В., Латышев В.Б., Чабина Е.Б. Жаропрочные деформируемые сплавы для горячего тракта газотурбинных двигателей (ГТД). В кн.: 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды 1932 ‒ 2007. Москва: «ВИАМ». 2008:59–65.Pollock T.M., Tin S. Nickel-Based Superalloys for Advanced Turbine Engines: Chemistry, Microstructure and Properties. Journal Propulsion and Power. 2006;22(2):361–374. https://doi.org/10.2514/1.18239Baranov D.A., Zatkin S.S., Parkin A.A. Analysis of Defected at Laser Welding of Heat-Resistant Alloy KhN45VMTYuBR. Materials engineering and Technologies for Production and Processing. 2021:108–114.Lomberg B.S., Ovsepyan S.V., Latyshev V.B., Chabina E.B. Heat-resistant wrought alloys for the hot tract of gas turbine engines (GTE). In the book: 75 years. Aviation materials. Selected works 1932-2007. Moscow: «VIAM». 2008:59–65. (In Russ.).https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.410.108https://doi.org/10.1007/s11015-013-9779-9Henderson M. B., Arrell D., Heobel M. Nickel based superalloy welding practices for industrial gas turbine applications. Science Technology of Welding and Joining. 2004; 9(1):13–21. https://doi.org/10.1179/136217104225017099Baranov D.A., Zhatkin S.S., Parkin A.A. Analysis of the results obtained during laser welding of heat-resistant alloy KhN45MVTYuBR. In: Forum on Defects and Diffusion (Materials Development and Technology for Manufacturing and Processing, VII, Switzerland, August 17, 2021.). 2021:108–114. (In Russ.).Sashank S. Sravan, Rajakumar S., Karthi-keyan R., Nagaraju D. S. Weldability, mechanical properties and microstructure of nickel based super alloys: A review. 2nd International Conference on Design and Manufacturing Aspects for Sustainable Energy (ICMED 2020). 2020;184(2):1–3 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202018401040https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.410.108Rottwinkel Boris, Noelke Christian, Kaierle Stefan, Wesling Volker. Crack Repair of Single Crystal Turbine Blades Using Laser Cladding Technology. Procedia CIRP. 2014;22. https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.06.151.Henderson M. B., Arrell D., Heobel M. Nickel based superalloy welding practices for industrial gas turbine applications // Science Technology of Welding and Joining. 2004; 9(1):13–21. https://doi.org/10.1179/136217104225017099Sashank S. Sravan, Rajakumar S., Karthi-keyan R., Nagaraju D. S. Weldability, mechanical properties and microstructure of nickel based super alloys: A review. 2nd International Conference on Design and Manufacturing Aspects for Sustainable Energy (ICMED 2020). 2020; 184(2): 1–3. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202018401040Sashank S. Sravan, Rajakumar S., Karthi-keyan R., Nagaraju D. S. Weldability, mechanical properties and microstructure of nickel based super alloys: A review. 2nd International Conference on Design and Manufacturing Aspects for Sustainable Energy (ICMED 2020). 2020; 184(2): 1–3. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202018401040Rottwinkel Boris, Noelke Christian, Kaierle Stefan, Wesling Volker. Crack Repair of Single Crystal Turbine Blades Using Laser Cladding Technology. Procedia CIRP. 2014;22. https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.06.151.Rottwinkel Boris, Noelke Christian, Kaierle Stefan, Wesling Volker. Crack Repair of Single Crystal Turbine Blades Using Laser Cladding Technology. Procedia CIRP. 2014;22. https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.06.151.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.