ФГУП «ВИАМ», Москва, Россия

Е. И. Яковлев, ведущий инженер, эл. почта: y-e-i@yandex.ru

ПАО «ОДК-Сатурн», Рыбинск, Россия

А. И. Берестевич, главный металлург
С. Б. Жабрев, ведущий инженер

Разработан новый метод литья крупногабаритных охлаждаемых лопаток с регламентированной равноосной
структурой на основе проведенного теплофизического анализа. Определены диапазоны пористости и размеров макрозерна в структуре пера и замка крупногабаритных лопаток отечественного производства. Учитывая отрицательное влияние высокого уровня пористости и крупнозернистой структуры на служебные свойства металла лопаток, лучшие зарубежные предприятия применяют технологию, которая позволяет существенно уменьшить пористость и размер макрозерна металла лопаток. Используемая на отечественных предприятиях технология не обеспечивает достаточно высокой температуры керамической оболочковой формы перед заливкой, что приводит к необходимости заливки с повышенной температурой металла для обеспечения заполняемости тонкостенных сечений пера лопаток. В результате происходит огрубление макроструктуры отливки. Показано существенное возрастание периода времени затвердевания толщин стенки тонкого сечения пера охлаждаемых лопаток при увеличении температуры предварительного нагрева керамической формы перед заливкой расплава. Применение поверхностного модифицирования позволяет измельчить макроструктуру тонких сечений пера, что повышает его служебные характеристики, особенно сопротивление термоусталостным нагрузкам. При этом данный модификатор малоэффективен для таких массивных сечений отливки, как замок и замковая полка крупногабаритных лопаток газотурбинных установок. Проведено исследование влияния нагрева формы перед заливкой, температуры перегрева расплава и температуры заливки на уровень пористости и макроструктуру при литье крупногабаритных лопаток газотурбинных установок. По результатам экспериментов разработан принципиально новый метод литья с использованием двухстадийной заливки коррозионностойких жаропрочных сплавов ЦНК-7П, ЧС88У-ВИ и IN738LC. Уточнены скорости охлаждения для формирования регламентированной микроструктуры лопаток из коррозионностойких жаропрочных сплавов ЦНК-7П, ЧС88У-ВИ и IN738LC.

Работа выполнена под научным руководством докт. техн. наук Э. Л. Каца.

1. Каблов Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей: сплавы, технологии, покрытия. 2-е изд. — М. : Наука, 2006. — 632 с.
2. Каблов Е. Н. Производство турбинных лопаток ГТД методом направленной кристаллизации // Газотурбинные технологии. 2000. № 3. С. 10–13.
3. McLean M. Directionally Solidified Materials for High Temperature Service. London : The Metal Society Book. 1983. — 335 p.
4. Miller J. D., Chaput K. J., Lee D. S., Uchic M. D. Application and Validation of a Directional Solidification Model and Dendrite Morphology Criterion for Complex, Single-Crystal Castings // Superalloys 2016. TMS (The Minerals, metals and materials Society). 2016. P. 229–237.
5. Каблов Е. Н. Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С. Т. Кишкина. — М. : Наука, 2006. — 272 с.
6. Каблов Е. Н., Петрушин Н. В., Светлов И. Л., Демонис И. М. Литейные жаропрочные никелевые сплавы для перспективных авиационных ГТД // Технология легких сплавов. 2007. № 2. С. 6–16.
7. Wahl J., Harri K. New Single Crystal Superalloys, CMSX^®-7 and CMSX^®-8 // Superalloys 2012. TMS (The Minerals, metals and materials Society). 2012. P. 179–188.
8. McLean M., Tipler H. R. Assessment of Damage Accumulation and Property Regeneration by Hot Isostatic Pressing and Heat Treatment of Laboratory-Tested and Service Exposed IN738LC // Superalloys 1984. TMS (The Minerals, metals and materials Society). 1984. P. 73–83.

9. Zykka J. et al. Mechanical Properties and Microstructure of IN738LC Nickel Superalloy Castings // Material Science Forum. 2014. Vol. 782. P. 437–440.
10. Reed R. C., Mottura A., Crudden D. J. Alloys-by-Design: Towards Optimization of Compositions of Nickel-Based Superalloys // Superalloys 2016. TMS (The Minerals, metals and materials Society). 2016. P. 15–25.
11. Каблов Е. Н., Сидоров В. В., Каблов Д. Е., Ригин В. Е., Горюнов А. В. Современные технологии получения прутковых заготовок из литейных жаропрочных сплавов нового поколения // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 97–105.
12. Каблов Д. Е., Сидоров В. В., Пучков Ю. А. Особенности диффузионного поведения примесей и рафинирующих добавок в никеле и монокристаллических жаропрочных сплавах // Авиационные материалы и технологии. 2016. № 1. С. 24–31. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-1-24-31.
13. Сидоров В. В., Ригин В. Е., Горюнов А. В., Мин П. Г. Инновационная технология производства жаропрочного сплава ЖС32-ВИ с учетом переработки всех видов отходов в условиях сертифицированного серийного производства ФГУП «ВИАМ» // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн., 2014. № 6. С. 01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 23.01.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-6-1-1.

14. Орехов Н. Г., Старостина И. В. Анализ качества литой прутковой (шихтовой) заготовки из жаропрочных сплавов производства ФГУП «ВИАМ» // Авиационные материалы и технологии. 2014. № S5. С. 23–30. DOI:10.18577/2071-9140-2014-0-s5-23-30.
15. Ригин В. Е., Сидоров В. В., Бурцев В. Т. Удаление азота из сложнолегированных расплавов на основе никеля в процессе их обезуглероживания // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2016. № 1. С. 02. URL: http://www.viamworks.ru (дата обращения 23.01.2018). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-1-10-16.
16. «Расчетная система суперсплавов», № 2007612023 ФСИСПТ от 17.05.2007.
17. Скоробогатых В. Н., Лубенец В. П., Яковлев Е. И., Логашов С. Ю., Берестевич А. И., Жабрев С. Б. Совершенствование сплавов для рабочих лопаток I-IV турбины ГТД-110M // Тяжелое машиностроение. 2015. № 10. С. 28–33.
18. Пат. 2016111418 РФ. Способ литья крупногабаритных лопаток турбин ; заявл. 28.03.2016 ; опубл. 05.09.2017, Бюл. № 25. 4 с.