ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗ ИГОЛЬЧАТОЙ (ПЛАСТИНЧАТОЙ) МОРФОЛОГИИ В МАТЕРИАЛЕ ЛОПАТОК ТУРБИН ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Представлены результаты исследований особенностей выделения фаз игольчатой (пластинчатой) морфологии в структуре материала лопаток в процессе эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). Выявлено и показано на конкретном примере снижение прочностных характеристик и пластичности материала пера лопаток в зоне выделения фаз, что послужило фактором, способствующим усталостному разрушению рабочей лопатки турбины в эксплуатации. Выделения фаз игольчатой (пластинчатой) морфологии можно рассматривать в качестве одного из критериев качества структуры и работоспособности материала лопаток турбин ГТД, их контроль требует соответствующего нормирования. Отмечены трудности выявления идентификационных отличий топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз и карбидов типа Ме6С игольчатой (пластинчатой) морфологии. Методом расчета химического состава по числу электронных вакансий можно оценить склонность жаропрочного сплава к образованию σ-фазы и тем самым его эксплуатационную пригодность. Вместе с тем выявление и отбраковка лопаток с недопустимыми выделениями σ-фаз возможны путем непосредственного контроля неразрушающими методами. Предложен способ неразрушающего электромагнитного контроля выделений ТПУ-фаз (типа σ) в структуре материала значительно окисленных лопаток (также и при наличии во внутренних полостях посторонних ферромагнитных частиц). Своевременное выявление σ-фаз в структуре материала лопаток в процессе производства и при ремонте позволит исключить установку на ГТД изделий с пониженными прочностными и пластическими характеристиками.

эксплуатационная работоспособность турбинных лопаток, структурные изменения материала лопаток в процессе наработки, критерии качества структуры материала лопаток, фазы игольчатой (пластинчатой) морфологии, ТПУ-фазы (типа σ), карбидные выделения, неразрушающий электромагнитный контроль лопаток

1. Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Кн. 1 / Под ред. Ч. Т. Симса, Н. С. Столоффа, У. К. Хагеля. — М.: Металлургия, 1995. — 384 с.

2. Шалин Р. Е., Светлов И. Л., Качанов Е. Б. и др. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. — М.: Машиностроение, 1997. — 336 с.

3. Кузнецов В. П., Лесников В. П., Попов Н. А. Материаловедение: монокристаллические жаропрочные никелевые сплавы. — М.: Юрайт, 2017. — 161 с.

4. Киселев Ф. Д. Диагностика разрушений и оценка эксплуатационной работоспособности рабочих турбинных лопаток авиационных двигателей. — М.: Изд. МАТИ, 2013. — 296 с.

5. Назаркин Р. М., Колодочкина В. Г., Оспенникова О. Г., Орлов М. Р. Необратимые изменения тонкой структуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов в процессе длительной эксплуатации турбинных лопаток / Труды ВИАМ. 2015. № 12.

6. Казанский Д. А. Проблемы продления срока службы рабочих и направляющих лопаток современных газовых турбин / Электрические станции. 2016. № 6.

7. Suzuki A., Rae C. Secondary Reaction Zone Formations in coated Ni-base Single Crystal Superalloys. Int. Conf. on Adv. Str. and Functional Mat. Design / J. of Ph.: Conference Series. 2008. P. 1 – 6.

8. Морозова Г. И., Тимофеева О. Б., Петрушин Н. В. Особенности структуры и фазового состава высокорениевого никелевого жаропрочного сплава / МиТОМ. 2009. № 2.

9. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. — М.: Металлургия, 1968. — 407 с.

10. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. — М.: Металлургия, 1986. — 480 с.

11. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления: справочник / Пер. с нем. — М.: Металлургия, 1988. — 400 с.

12. Woodyatt L. R., Sims C. T., Beatie H. J. Prediction of Sigma-Type Phase Occurrence from Compositions in Austenitic Superalloys / Trans. AIME. 1966. Vol. 236. P. 519 – 534.

13. Копылов А. А., Копылова В. А., Лесников В. П., Писарев Б. К. К вопросу о прогнозировании фазовой стабильности по программе PHACOMP / ФММ. 1989. Т. 67. Вып. 2. С. 361 – 364.

14. Жуков А. А., Смирнова О. А. Оценка эксплуатационной пригодности жаропрочных сплавов для ГТД и ГТУ / Авиационно-космическая техника и технология. 2005. № 10(26). С. 60 – 66.

15. Орлов М. Р. Технологическое обеспечение ресурса рабочих лопаток первых ступеней турбины авиационных и наземных газотурбинных двигателей: дис. ... д. т. н. — М., 2009.

16. А. с. 1280509 СССР, G 01 N 27/80. Способ электромагнитного контроля качества структуры материала изделий и устройство для его осуществления / Киселев Ф. Д. — № 3955971; заявл. 08.08.1985; опубл. 30.12.1986. Бюл. № 48.