zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-10-35-40zldm-818Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯPHYSICAL METHODS OF RESEARCH AND MONITORINGИсследование монокристаллических рабочих турбинных лопаток из сплава ЖС32 с перспективной схемой охлажденияStudy of single crystal turbine blades made of ZhS32 alloy with a promising scheme of coolingКолядовЕ. В.KolyadovE. V.

Евгений Викторович КолядовМосква

Evgeny V. KolyadovMoscow

admin@viam.ruРассохинаЛ. И.RassohinaL. I.

Лидия Ивановна РассохинаМосква

Lidiya I. RassohinaMoscow

ВисикЕ. М.VisikE. M.

Елена Михайловна ВисикМосква

Elena M. VisikMoscow

ГерасимовВ. В.GerasimovV. V.

Виктор Владимирович ГерасимовМосква

Victor V. GerasimovMoscow

ФилоноваЕ. В.FilonovaE. V.

Елена Владимировна ФилоноваМосква

Elena V. FilonovaMoscow

Всероссийский НИИ авиационных материалов (ВИАМ)РоссияAll-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials (VIAM)Russian Federation20182610201884103540Copyright © Колядов Е.В., Рассохина Л.И., Висик Е.М., Герасимов В.В., Филонова Е.В., 20182018Колядов Е.В., Рассохина Л.И., Висик Е.М., Герасимов В.В., Филонова Е.В.Kolyadov E.V., Rassohina L.I., Visik E.M., Gerasimov V.V., Filonova E.V.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/818

Представлены результаты исследования монокристаллических рабочих турбинных лопаток с перспективной схемой охлаждения, отлитых из жаропрочного сплава ЖС32 с использованием керамических стержней с высокотемпературными спекающими добавками и дополнительной пропиткой раствором лака. Доработана программа кристаллизации лопаток с монокристаллической структурой на установке ВИП-НК. Проведено сравнение режимов работы обновленной программы и серийной технологии. Получена опытная партия отливок в производственных условиях машиностроительного предприятия (выход годного по монокристаллической структуре литья — 94 %). Отливки лопаток исследовали методами рентгеноструктурного, рентгенографического и ультразвукового контроля. Проведен количественный металлографический анализ на оптическом комплексе, оценены междендритное расстояние между осями дендритов первого порядка (λ1) сплава и объемная доля микропор в сечении пера и замка отливок. Полученные данные исследования макро- и микроструктуры методом растровой электронной микроскопии показали, что структура типична для сплава ЖС32 в литом состоянии и хорошо сформирована в элементах внутренней полости монокристаллических отливок.

The results of studying single-crystal turbine blades with a promising scheme of cooling, cast from a heat-resistant ZhS32 alloy using ceramic rods with high-temperature sintering additives and additional impregnation with a varnish solution are presented. The program of crystallizing blades with a single-crystal structure is improved on a VIP-NK installation. A comparison of the operation modes of the updated program and serial technology is presented. A pilot batch of blade castings is obtained under production conditions of a machine-building enterprise with an output suitable in single-crystal structure of about 94%. Blade castings are studied using X-ray diffraction, X-ray and ultrasound methods. Quantitative metallographic analysis is carried out on an optical complex to determine spacing between axes of the first order dendrites (λ1) of the alloy and the volume fraction of the micropores in the cross section of the pen and casting lock. The results of scanning electron microscopy study of macro-and microstructure of the blade castings with a promising cooling scheme showed that the structure is typical for ZhS32alloy in the cast state and is well formed in the elements of the inner cavity of monocrystalline blades.

жаропрочные никелевые сплавымонокристаллынаправленная кристаллизациякерамический стерженьмакротравлениемалоугловые границыразориентация блоков структурыrefractory nickel superalloyssingle crystalsdirectional crystallizationhigh-temperature nickel alloysceramic rodsingle crystalsmacro-etchingmicro-etchinglarge-angle boundariessmall-angle boundariesdisordering of structural blocksReferencesКаблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3 – 33.Kablov E. N. Innovative developments of FSUE «VIAM» of the SSC RF for the implementation of «Strategic Directions for the Development of Materials and Technologies for Their Processing until 2030» / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 1. P. 3 – 33 [in Russian].Каблов Е. Н., Светлов И. Л., Петрушин Н. В. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой. Ч. I / Материаловедение. 1997. № 4. С. 32 – 39.Kablov E. N., Svetlov I. L., Petrushin N. V. Nickel high-temperature alloys for casting blades with a directional and single-crystal structure. Part I / Materialovedenie. 1997. N 4. P. 32 – 39 [in Russian].Miller J. D., Pollock T. M. Development and Application of Optimization Protocol For Directional Solidification: Integration Fundamental Theory, Experimentation and Modeling Tools / TMS: (Minerals, Metals & Materials Society). 2012. P. 653 – 662.Miller J. D., Pollock T. M. Development and Application of Optimization Protocol For Directional Solidification: Integration Fundamental Theory, Experimentation and Modeling Tools / TMS: (Minerals, Metals & Materials Society). 2012. P. 653 – 662.Betz U., Jarczyk G., Seserko P. Economic Benefit of LMC Process for the Production of Turbine Components / 4th ALD Symposium. China. Sanya Hainan-Island. 2005.Betz U., Jarczyk G., Seserko P. Economic Benefit of LMC Process for the Production of Turbine Components / 4th ALD Symposium. China. Sanya Hainan-Island. 2005.Каблов Е. Н., Петрушин Н. В., Светлов И. Л. Компьютерное конструирование жаропрочного никелевого сплава IV поколения для монокристаллических лопаток газовых турбин / Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С. Т. Кишкина. — М.: Наука, 2006. С. 98 – 115.Kablov E. N., Petrushin N. V., Svetlov I. L. Computer Design of Heatproof Nickel Alloy IV Generation for Monocrystalline Blades of Gas Turbines / Foundry superalloys. The S. T. Kishkin Effect. — Moscow: Nauka, 2006. P. 98 – 115 [in Russian].Каблов Е. Н., Ломберг Б. С., Оспенникова О. Г. Создание современных жаропрочных материалов и технологий их производства для авиационного двигателестроения / Крылья Родины. 2012. № 3 – 4. С. 34 – 38.Kablov E. N., Lomberg B. C., Ospennikova O. G. Creation of modern heat-resistant materials and technologies of their production for aircraft engine building / Kryl’ya Rodiny. 2012. N 3 – 4. P. 34 – 38 [in Russian].Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Петрушин Н. В., Висик Е. М. Монокристаллический жаропрочный никелевый сплав нового поколения с низкой плотностью / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2(35). С. 14 – 25.Kablov E. N., Ospennikova O. G., Petrushin N. V., Visik E. M. A new-generation low-density single-crystal, heat-resistant nickel alloy / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 2(35). P. 14 – 25 [in Russian].Каблов Е. Н., Светлов И. Л., Петрушин Н. В. Никелевые жаропрочные сплавы, легированные рутением / Авиационные материалы и технологии. 2004. № 1. С. 80 – 90.Kablov E. N., Svetlov I. L., Petrushin N. V. Nickel high-temperature alloys doped with ruthenium / Aviats. Mater. Tekhnol. 2004. N 1. P. 80 – 90 [in Russian].Петрушин Н. В., Оспенникова О. Г., Висик Е. М., Рассохина Л. И., Тимофеева О. Б. Жаропрочные никелевые сплавы низкой плотности / Литейное производство. 2012. № 6. С. 5 – 11.Petrushin N. V., Ospennikova O. G., Visik E. M., Rassokhina L. I., Timofeeva O. B. High-temperature nickel alloys of low density / Liteinoe Proizv. 2012. N 6. P. 5 – 11 [in Russian].Шарова Н. А., Тихомирова Е. А., Барабаш А. Л., Живушкин А. А., Брауэр В. Э. К вопросу о выборе новых жаропрочных никелевых сплавов для перспективных авиационных ГТД / Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2009. № 3(19). С. 249 – 255.Sharova N. A., Tikhomirova E. A., Barabash A. L. Zhivushkin A. A., Brauer V. E. On the choice of new high-temperature nickel alloys for advanced aircraft GTE / Vestn. Samar. Gos. Aйrokosm. Univ. 2009. N 3(19). P. 249 – 255 [in Russian].Скибин В. А., Солонин В. И. Авиационное двигателестроение. Дорога в завтрашний день / Двигатель. 2007. № 5(53). С. 1 – 4.Skibin V. A., Solonin V. I. Aircraft engine. The road to tomorrow / Dvigatel’. 2007. N 5(53). P. 1 – 4 [in Russian].Каблов Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия). — М.: МИСИС, 2006. — 632 с.Kablov E. N. Cast blades of gas turbine engines (alloys, technology, coatings). — Moscow: MISIS, 2006. — 632 p. [in Russian].Герасимов В. В., Петрушин Н. В., Висик Е. М. Усовершенствование состава и разработка технологии литья монокристаллических лопаток из жаропрочного интерметаллидного сплава / Труды ВИАМ. 2015. № 3. Ст. 01. http:// www.viam-works.ru (дата обращения 10.04.2017).Gerasimov V. V., Petrushin N. V., Visik E. M. Improvement of composition and development of technology for casting single-crystal blades from a high-temperature intermetallic alloy / Tr. VIAM. 2015. N 3. Art. 01. http://www.viam-works.ru (accessed 10.04.2017).Висик Е. М., Тихомирова Е. А., Петрушин Н. В., Оспенникова О. Г., Герасимов В. В., Живушкин А. А. Технологическое опробование нового жаропрочного сплава с низкой плотностью при литье турбинных рабочих монокристаллических лопаток / Металлург. 2017. № 2. С. 34 – 40.Visik E. M., Tikhomirova E. A., Petrushin N. V., Ospennikova O. G., Gerasimov V. V., Zhivushkin A. A. Technological testing of a new high-temperature alloy with low density during casting of turbine working single-crystal blades / Metallurg. 2017. N 2. P. 34 – 40.Каблов Е. Н., Герасимов В. В., Висик Е. М., Демонис И. М. Роль направленной кристаллизации в ресурсосберегающей технологии производства деталей ГТД / Труды ВИАМ. 2013. № 3. Ст. 01. http://www.viam-works.ru (дата обращения 10.04.2017).Kablov E. N., Gerasimov V. V., Visik E. M., Demonis I. M. The Role of Directional Crystallization in Resource-Saving Technology for the Production of GTE Parts / Tr. VIAM. 2013. N 3. Art. 01. http://www.viam-works.ru (accessed 10.04.2017).Оспенникова О. Г., Рассохина Л. И., Битюцкая О. Н., Гамазина М. В. Оптимизация технологии изготовления керамических стержней для улучшения качества литых лопаток ГТД / Новости материаловедения. Наука и технологии. 2017. № 3 – 4. С. 4 – 7.Ospennikova O. G., Rassohina L. I., Bityutskaya O. N., Gamazina M. V. Optimization of manufacturing technology of ceramic rods to improve the quality of cast blades GTD / Nov. Materialoved. Nauka Tekhnol. 2017. N 3 – 4. P. 4 – 7 [in Russian].Шалин Р. Е., Светлов И. Л., Качанов Е. Б., Толораия В. Н., Гаврилин О. С. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. — М.: Машиностроение, 1997. — 336 c.Shalin R. A., Svetlov I. L., Kachanov E. B., Toloraya V. N., Gavrilin O. S. Single crystals of nickel refractory alloys. — Moscow: Mashinostroenie, 1997. — 336 p. [in Russian].

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