ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, Москва, Россия:

О. С. Кашапов, нач. сектора лаборатории титановых сплавов, эл. почта: olegkashapov@yandex.ru
Т. В. Павлова, вед. инженер
В. С. Калашников, инженер 1-й категории
А. В. Заводов, инженер

В работе исследован материал крупных промышленных поковок из жаропрочного псевдо-альфа-титанового сплава ВТ41 системы Ti – Al – Sn – Zr – Mo – Nb – W – Si – Fe – C – O, деформированных в двухфазной области и отожженных с различными скоростями охлаждения после первой ступени отжига. Поковки из сплава ВТ41 предназначены для изготовления рабочих колес ротора компрессора высокого давления авиационного газотурбинного двигателя с рабочей температурой до 600 ^оC. Выполнены моделирование процесса охлаждения в различных условиях данной конфигурации поковки из сплава ВТ41 и сравнение результатов с зарубежными источниками и с натурными экспериментами. Представлены результаты анализа микроструктуры материала поковок — методами оптической и растровой микроскопии, фазового состава — методами электронной просвечивающей микроскопии. Определены механические свойства материала поковок для различных условий охлаждения и при различном фазовом составе. Исследование влияния различных скоростей охлаждения на структуру поковки, выполненное на темплетах размером 101010 мм, показало, что наиболее оптимальная микроструктура поковки достигается при скоростях охлаждения свыше 10–12 ^оC/мин. Показано, что при достижении оптимальной скорости охлаждения (например, при охлаждении под вентилятором) свойства поковок больших сечений (до 115 мм) соответствуют cвойствам поковок сечением 45–65 мм, охлажденных на воздухе. В работе отмечено, что при охлаждении крупногабаритных поковок, учитывая технологические особенности процесса охлаждения под вентилятором, следует проводить оптимизацию условий термической обработки для каждой конкретной конфигурации поковки для исключения неудовлетворительных результатов, т. е. снижения механических свойств, усталостной прочности, долговечности и др. Так, механические свойства при 20 и 600 ^оC у поковок, охлажденных на воздухе, снижаются на 5–15 % по сравнению с материалом поковок того же сечения, охлажденных под вентилятором.

Авторы выражают благодарность сотрудникам ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА», принимавшим непосредственное участие в работе: М. О. Ледеру, А. С. Шибанову, М. В. Антоновой, П. А. Бело бородову.
Работа выполнена при поддержке гранта Фонда РФФИ №16-43-630780 «р_а» и в рамках реализации комплексного научного направления 8: Легкие, высокопрочные коррозионностойкие свариваемые сплавы и стали, в том числе с высокой вязкостью разрушения («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [10].

1. Bubmann M., Kraus J., Bayer E. An Integrated Cost-Effective Approach to Blisk Manufacturing. XVII International Symposium On Air Breathing Engines (ISABE) // MTU Aero Engines, Munich. 2005. 9 pp. URL: http://www.mtu.de (дата обращения 27.11.2017).
2. Monicault J.-M., Guedou J.-Y., Soniak F. Issues and progress in manufacturing of aero titanium parts. 2008. JM de Monicaut / ITA 24.09.2008. 38 p. URL: http://www.titanium.org/resource/resmgr/2005_2009_papers/deMonicault_JeanMichel_2008.pdf (дата обращения 27.11.2017).
3. Павлова Т. В., Калашников В. С., Кондратьева А. Р., Кочубей А. Я. Усталостная прочность полуфабрикатов из титановых сплавов для изготовления моноколес компрессора газотурбинных двигателей // Вестник машиностроения. 2017. № 4. С. 54–59.
4. Donton W. T., Allison J. E., Lasecki J. V. The influence of thermal exposure on properties and microstructure of elevated temperature titanium alloys // Titanium 92 : Science and Technology. 1992. P. 295–302.
5. Evans D. J., Broderick T. F., Woodhouse J. B., Hoenigman J. R. On the synergism of 2 and sislicides in Ti – 6Al – Sn – 2Cr – 2Zr – 2Mo – Si // Titanium 95 : Science and Technology. 1995. P. 2413–2420.
6. Davies P., Pederson R., Coleman M., Birosca S. The hierarchy of microstructure parameters affecting the tensile ductility in centrifugally cast and forged Ti-834 alloy during high temperature exposure in air // Acta Materialia. 2016. Vol. 117. P. 51–67.
7. Попов А. А., Попова М. А. Изотермические диаграммы выделения силицидных и алюминидных фаз в жаропрочных титановых сплавах // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 11. С. 23–28.
8. Barussad A., Desvalles Y., Guedou J. Y. Control of the microstructure in large titanium discs. Application to the high pressure compressor of the GE90 aeroengine // Titanium 95: Science and Technology. UK, The institute of Materials. 1996. P. 1599–1608.
9. Каблов 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 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
10. Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 7–17.
11. Каблов Е. Н. Разработки ВИАМ для газотурбинных двигателей и установок // Крылья Родины. 2010. № 4. С. 31–33.
12. Каблов Е. Н., Кашапов О. С., Павлова Т. В., Ночовная Н. А. Разработка опытно-промышленной технологии изготов-ления полуфабрикатов из псевдо-титанового сплава ВТ41 // Титан. 2016. № 2 (52). С. 33–42.
13. Кашапов О. С., Павлова Т. В., Ночовная Н. А. Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства жаропрочного титанового сплава для лопаток КВД // Авиационные материалы и технологии. 2010. № 2 (15). С. 8–14.
14. Neal D. F. Development and evolution of high temperature titanium alloy IMI 834 // Sixth world conference on titanium. France, 1988. P. 253–259.
15. Borchert B., Daeubler M. Influence of microstructure of IMI 834 on mechanical properties relevant to jet engines // Sixth world conference on titanium. 1988. P. 467–472.
16. International titanium association. Specifications book. Fourth edition. 2005. P. 26–36.
17. Jackson J., Rice R. Preliminary material properties Handbook. Vol. 2: SI Units. AFRL-ML-WP-TR-2001-4027. Battelle 505 King Avenue. Columbus, OH 43201-2693 Chapter 5. P. 5–3, 5–8.
18. Lutjering G., Williams J. C. Titanium. 2nd edition. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2003. — 449 p.