zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-2-28-36zldm-667Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИН АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИMICROSTRUCTURAL CRITERIA FOR DETERMINING THERMO-MECHANICAL CONDITIONS OF OPERATIONAL VULNERABILITY OF THE WORKING BLADES OF HIGH-TEMPERATURE GAS TURBINE AVIATION ENGINESКиселевФ. Д.KiselevF. D.

Федор Дмитриевич Киселев

Москва

Fedor D. Kiselev.

kiselev_fd@mail.ruЦНИИ ВВС Минобороны РоссииРоссияResearch Institute of the Air Force, Ministry of defense of the RussiaRussian Federation2018010320188422837Copyright © Киселев Ф.Д., 20182018Киселев Ф.Д.Kiselev F.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/667

Структурные изменения материала могут быть факторами, ухудшающими его работоспособность и способствующими разрушению, но вместе с тем могут служить и диагностическими признаками для определения термомеханических условий этого разрушения (повреждения). Они также зачастую определяют ресурс изделия, на который влияют процессы ползучести, усталости и термоусталости материала. Представлены результаты исследования структуры материала лопаток авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и ее изменения в процессе эксплуатации ГТД. Определяли структурное состояние материала лопаток из жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС) с равноосной (сплавы ЖС6У, ВЖЛ12У), направленной и монокристаллической (сплавы ЖС26, ЖС32) кристаллизацией. Рассмотрены особенности изменения морфологии упрочняющей γ’-фазы и карбидных превращений в материале лопаток, происходящие в процессе наработки ГТД. Полученные результаты сопоставляли с данными исследования образцов, испытанных в лабораторных условиях, на которых моделировали действующие факторы термомеханического нагружения. Приведены микроструктурные критерии для более достоверной оценки термомеханических условий эксплуатационной повреждаемости материала турбинных лопаток авиационных ГТД.

The necessity of studying the structure of the blade material and corresponding in-service structural changes is attributed, on the one hand, to the fact that the structural changes may impair the performance of the material thus promoting the blade fracture. On the other hand, the structural changes can serve as diagnostic signs in determination of thermo-mechanical conditions of the blade destruction. Moreover, the structural changes in the blade material often determine the service life of the blades: aside of creep mechanism, in-service depletion of the blade lifetime in high temperature gas turbine engines of maneuvering aircrafts is attributed to complex thermo-mechanical loading of the blades which, in turn activates the mechanisms of fatigue and thermo-mechanical fatigue. Monitoring of the structural state of the blade material with equiaxed crystallization (ZhS6U, VZhL12U), directed and monocrystallization (ZhS26, ZhS32) and studying the features of structural changes attributed to the operational vulnerability of the turbine blade material are the main goals of the study. The features of changes in the morphology of the strengthening γ’-phase and carbide transformation in the blade material that occur in-service are considered. The results of monitoring the structural state of the blade material are compared with the results of testing the same samples under laboratory conditions simulating thermo-mechanical loading. Microstructural criteria are recommended for more accurate evaluation of thermo-mechanical conditions of operating vulnerability of the turbine blades of high-temperature aircraft engines.

эксплуатационная повреждаемость материала рабочих лопаток турбинмикроструктурные критерии определения термомеханических условий материала лопатокморфология γ’-фазыкарбидные превращенияin-service vulnerability of the material of turbine rotor bladesmicrostructural criteria for thermo-mechanical conditions of operating vulnerabilityγ’-phase morphologycarbide transformationReferencesКириков С. В., Перевезенцев В. Н., Тарасенко Ю. П. Анализ морфологических характеристик интерметаллидной фазы в жаропрочных никелевых сплавах / Вестник самарского университета. Аэрокосмическая техника, технология и машиностроение. 2016. Т. 15. № 4. С. 216 – 223.Kirikov S. V., Perevezentsev V. N., Tarasenko Yu. P. Analysis morphological-cal characteristics of intermetallic phases in heat-resistant Nickel alloys / Vestn. Samar. Univ. Aérokosm. Tekhn. Tekhnol. Mashinostr. 2016. Vol. 15. N 4. P. 216 – 223 [in Russian].Miura N., Harada N., Kondo Y., Matsuo T. Morphological changes in γ’-phase in different portions of first stage high pressure turbine blade of PWA 1480 / Proc. of the 7th Conf. «Materials for Advanced Power Engineering». Berlin. Forschungszentrum Julich. 2002. P. 217 – 254.Miura N., Harada N., Kondo Y., Matsuo T. Morphological changes in γ’-phase in different portions of first stage high pressure turbine blade of PWA 1480. / Proc. of the 7th Conf. «Materials for Advanced Power Engineering». Berlin. Forschungszentrum Julich. 2002. P. 217 – 254.Великанова Н. П., Киселев А. С. Анализ влияния эксплуатационой наработки на долговечность жаропрочного сплава рабочих лопаток турбин авиационных ГТД / Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева. 2011. № 1. С. 23 – 26.Velikanova N. P., Kiselev A. S. Analysis of the influence of exploitational developments on the durability of high-temperature alloy turbine blades of aviation engine / Vestn. KGTU im. A. N. Tupoleva. 2011. N 1. P. 23 – 26 [in Russian].Бронфин М. Б., Протасова Н. А. Закономерности изменения структурного состояния рабочих лопаток ТВД из сплава ЖС30-ВИ в процессе эксплуатации двигателей НК-86А / Авиационная промышленность. 2004. № 3. С. 42 – 46.Bronfin M. B., Protasova N. A. Regularities of changes in structural condition of the HPT blade alloy GS 30-VI in the operation of engines NK-86A / Aviats. Promyshl. 2004. N 3. P. 42 – 46 [in Russian].Бронфин М. Б., Протасова Н. А. Структурные характеристики, отражающие состояние монокристаллического сплава ЖС30-ВИ в процессе ползучести / Межд. науч.-техн. конф. «Научные идеи С. Т. Кишкина и современное металловедение»: сб. науч. тр. — М.: ВИАМ, 2006. С. 137 – 149.Bronfin M. B., Protasova N. A. Structural characteristics reflecting the state of the single crystal alloy GS 30-VI in the creep process / Proc. of the Int. sci.-tech. conf. «Scientific ideas by S. T. Kishkin and contemporary science». — Moscow: VIAM, 2006. P. 137 – 149 [in Russian].Биргер И. А., Балашов Б. Ф., Дульнев Р. А. и др. Конструкционная прочность материалов и деталей газотурбинных двигателей. — М.: Машиностроение, 1981. — 221 с.Birger I. A., Balashov B. F., Dul’nev R. A., et al. Structural strength of materials and parts of gas turbine engines. — Moscow: Mashinostroenie, 1981. — 221 p. [in Russian].Шалин Р. Е., Булыгин И. П., Голубовский Е. Р. Жаропрочность сплавов для газотурбинных двигателей. — М.: Металлургия, 1981. — 120 с.Shalin R. E., Bulygin I. P., Golubovskii E. R. The high temperature strength of alloys for gas turbine engines. — Moscow: Metallurgiya, 1981. — 120 p. [in Russian].Третьяченко Г. Н., Жарицкий О. Г. О повреждаемости лопаток циклическими теплосменами / Проблемы прочности. 1977. № 8. С. 8 – 10.Tret’yachenko G. N., Zharitskii O. G. On damage to blades circular deplasmanda / Probl. Prochn. 1977. N 8. P. 8 – 10 [in Russian].Киселев Ф. Д. Диагностика разрушений и оценка эксплуатационной работоспособности рабочих турбинных лопаток авиационных двигателей. — М.: Изд. МАТИ, 2013. — 296 с.Kiselev F. D. Diagnosis of damage and assessment of operational health of workers turbine blades of aircraft engines. — Moscow: Izd. MATI, 2013. — 296 p. [in Russian].

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