ФГУП ВИАМ, Москва, Россия:

О. С. Кашапов, начальник сектора, эл. почта: olegkashapov@yandex.ru
Т. В. Павлова, ведущий инженер
А. Р. Кондратьева, инженер, эл. почта: nasty.77@list.ru
В. С. Калашников, инженер

Приведены основные факторы, определяющие технические требования к моноколесам типа «блиск» из титановых сплавов. Применительно к рабочему колесу компрессора авиационного газотурбинного двигателя из жаропрочного (α + β)-титанового сплава ВТ8-1 (система Ti – Al – Sn – Zr – Mo – Si) исследовано влияние режимов термической обработки на фазовый состав, структуру и комплекс механических свойств материала. При проведении исследований было использовано несколько режимов термической обработки, отличающихся от серийного повышением температуры на первой ступени отжига и снижением ее на второй ступени. Установлено, что наилучшим сочетанием механических свойств обладает материал, отожженный при измененных температурах обработки как на первой, так и на второй ступени. Исследование структуры материала, отожженного по скорректированному режиму, показало, что повышение температуры отжига приводит к снижению объемной доли первичной α-фазы и некоторому росту β-зерна. Снижение температуры на второй ступени отжига предотвращает выделение силицидов титана по межфазным границам, что оказывает положительное влияние на характеристики вязкости материала и свидетельствует об увеличении доли твердорастворного упрочнения α- и β-фаз. Указанные изменения структуры и фазового состава обеспечивают рост прочностных характеристик и жаропрочности штамповок моноколеса из сплава ВТ8-1. При этом, несмотря на некоторое увеличение размеров условного -зерна, усталостная долговечность материала также возрастает, что особенно важно для конструкции колеса компрессора типа «блиск». На основании полученных результатов совместно с ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» разработаны и согласованы технические условия на поставку штамповок блисков из сплава ВТ8-1 с повышенными техническими требованиями к структуре и механическим свойствам.

1. Белов С. П., Брун М. Я., Глазунов С. Г. и др. Металловедение титана и его сплавов. — М. : Металлургия, 1992. — 352 с.
2. Проходцева Л. В., Ерасов В. С., Лаврова О. Ю., Лавров А. В. Влияние формы цикла на усталостные свойства и микростроение изломов титанового сплава ВТ3-1 // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 2. С. 54–58.
3. Хорев А. И. Фундаментальные и прикладные работы по конструкционным титановым сплавам и перспективные направления их развития // Труды ВИАМ. 2013. № 2. [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=12.
4. Павлова Т. В., Кашапов О. С., Ночовная Н. А. Титановые сплавы для газотурбинных двигателей // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 5. С. 8–14.
5. Кашапов О. С., Новак А. В., Ночовная Н. А., Павлова Т. В. Состояние, проблемы и перспективы создания жаропрочных титановых сплавов для деталей ГТД // Труды ВИАМ. 2013. № 3. [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=20.
6. Павлова Т. В., Кашапов О. С., Кондратьева А. Р., Калашников В. С. Возможности по расширению области применения сплава ВТ8-1 для дисков и рабочих колес компрессора //Труды ВИАМ. 2016. № 3. [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://viamworks.ru/ru/articles?art_id=933.
7. Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 г. // Авиационные материалы и технологии : юбилейный науч.-техн. сб. Приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии». — М. : ВИАМ, 2012. С. 7–17.
8. Ерасов В. С., Яковлев Н. О., Нужный Г. А. Квалификационные испытания и исследования прочности авиационных материалов // Авиационные материалы и технологии : юбилейный науч.-техн. сб. Приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии». — М. : ВИАМ, 2012. С. 440–447.
9. Моисеев В. Н. Высокопрочные титановые сплавы для авиакосмической техники // Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932–2002 : юбилейный науч.-техн. сб. / под общ. ред. Е. Н. Каблова. — М. : ВИАМ, 2002. С. 115–121.
10. Каблов Е. Н. Материалы для изделия «Буран» — инновационные решения формирования шестого технологического уклада // Авиационные материалы и технологии. 2013. № S1. С. 3–9.
11. Пат. 2465366 РФ, МПК C 22 F 1/18. Способ термической обработки высокопрочных (α + β)-титановых сплавов / Каблов Е. Н., Захаров Ю. И., Ночовная Н. А., Тузова Е. В. ; заявл. 15.09.2011 ; опубл. 27.10.2012, Бюл. № 30.
12. Пат. 2457273 РФ, МПК C 22 F 1/18. Способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов / Каблов Е. Н., Хорев А. И., Ночовная Н. А., Тарасенко Е. Н. ; заявл. 05.04.2011 ; опубл. 27.07.2012, Бюл. № 21.
13. Bußmann M., Kraus J., Bayer E. An integrated cost-effective approach to blisk manufacturing // Proc. of 17th Symposium on Air Breathing Engines. — Munich, Germany, 4–9 September 2005.
14. РТМ 1.2.072–89. Производство дисков, валов, лопаток и лопаточной заготовки из титановых сплавов. Директивная технология. — Введ. 1989–05–04. — М. : НПО «ВИАМ», 1989. — 10 с.
15. ОСТ 190197–89. Поковки дисков и валов кованые и штампованные из титановых сплавов. Общие технические условия. — Введ. 1989–09–01. — М. : НПО «ВИАМ», 1989. — 22 с.
16. ПИ 1.2.785–2009. Металлографический анализ титановых сплавов. — Введ. 2010–01–01. — М. : НПО «ВИАМ», 2010. — 45 с.
17. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 1986–01–01. — М. : Изд-во стандартов, 1986. — 28 с.
18. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 1979–01–01. — М. : Изд-во стандартов, 1979. — 12 с.
19. ГОСТ 9651–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах. — Введ. 1986–01–01. — М. : Изд-во стандартов, 1986. — 6 с.
20. ГОСТ 10145–81. Металлы. Метод испытания на длительную прочность. — Введ. 1982–07–01. — М. : Изд-во стандартов, 1981. — 11 с.
21. Кашапов О. С., Павлова Т. В., Ночовная Н. А. Исследование термической стабильности сплава ВТ41 после различной термической обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 8. С. 30–34.
22. ТУ 1825-689-07510017–2014. Поковки кованые и штампованные дисков (блисков) из титанового сплава марки ВТ8-1 с регламентированной структурой.
23. Boyer R., Welsch G., Collings E. W. Materials properties handbook. Titanium alloys. — Metals Park, Ohio : ASM International, 1994. P. 337–376.
24. International titanium association. Specifications book. Fourth edition – 2005 // Homepage for Surface Embedded Metal Oxide Sensors (SEMOS) [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.semos.dk/Per/41653/download/Titanium_Specifications_Book.pdf.
25. Jackson J., Rice R. Preliminary material properties Handbook. Vol. 2: SI Units. P. 5-3–5-8 // Defense Technical Information Center [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a388463.pdf.
26. Kitashima T., Suresh K. S., Yamabe-Mitarai Y. Present stage and future prospects of development of compressor material // Crystal research & technology. 2015. Vol. 50, No. 1. P. 28–37.
27. Chan Hee Park, Byounggab Lee, Semiatin S. L., Chong Soo Lee. Low-temperature superplasticity and coarsening of Ti – 6Al – 2Sn – 4Zr – 2Mo – 0.1Si // Materials Science and Engineering A. 2010. Vol. 527, No. 20. P. 5203–5211.
28. Posavliak S., Maksimovic K., Jankovic M. Tracking initial cracks in turbojet engine disks and possibilities of postponing their occurrence // Scientific Technical Review. 2010. Vol. 60, No. 2. P. 27–31.
29. Ghonem H. Microstructure and fatigue crack growth mechanisms in high temperature titanium alloys // International Journal of Fatigue. 2010. Vol. 32, No. 9. P. 1448–1460.