ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ НА КОЭФФИЦИЕНТ ТЕРМИЧЕСКОГО ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ СПЛАВА МАРКИ ЭП648

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.

1. Слепова А.Ш. Анализ факторов, влияющих на износ подшипников. Наука, техника и образование. 2017; 10(40):28–33.

2. 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.

3. https://doi.org/10.21062/mft.2023.037.

4. Молодык Н.В., Зенкин А.С. Восстановле-ние деталей машин. Москва: Машиностроение. 2022:480

5. 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/app9163316

6. 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.

7. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.08.074

8. Ribeiro 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.2021.06.040

9. Piscopo 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.2022.09.006

10. Vundru 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.2021.06.043

11. Иванов 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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)-63-72

15. Климов В.Г. Структура и свойства восстановленных лазерной наплавкой лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов: автореф. дис. канд. техн. наук. Самара, 2019:17.

16. Геллер Ю.А. Жаропрочные никелевые сплавы. Москва: Наука. 2008:368.

17. 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/10.2514/1.18239

18. 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.

19. Baranov 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.

20. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.410.108

21. 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/10.1179/136217104225017099

22. 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/202018401040

23. 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.