ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, Москва, Россия:

А. В. Востриков, зам. начальника НИО, эл. почта: admin@viam.ru
А. М. Волков, начальник сектора
М. М. Бакрадзе, начальник НИО

Основными характеристиками жаропрочных никелевых сплавов, определяющими работоспособность дисков перспективных газотурбинных двигателей (ГТД), являются кратковременная прочность, длительная прочность и сопротивление малоцикловой усталости при повышенных рабочих температурах. Существующие отечественные сплавы, как получаемые методом деформации из слитка двойного переплава, так и гранулируемые, к которым применяют горячее изостатическое прессование, не в полной мере отвечают возрастающим требованиям авиаконструкторов. Представлена разработка технологии производства заготовок дисков ГТД из нового жаропрочного никелевого сплава методом металлургии гранул. Представлены результаты исследований, включающих разработку химического состава, режимов горячего изостатического прессования и термической обработки нового сплава. При легировании по сравнению с дисковыми жаропрочными никелевыми сплавами аналогичного назначения повышено содержание углерода до 0,10 %, использован тантал, молибден частично заменен на вольфрам, применено комплексное микролегирование редкоземельными элементами (бор, цирконий, церий, скандий, магний). Горячее изостатическое прессование и закалку проводили в однофазной области. Изучены микроструктура и механические свойства опытных полноразмерных заготовок дисков диаметром 600 мм и массой до 70 кг, изготовленных из гранул нового жаропрочного никелевого сплава в условиях действующего опытно-промышленного производства. Опробованы различные режимы ступенчатого старения, определен оптимальный вариант. Наиболее высокий уровень свойств обеспечивается при размере зерна 25 мкм с равномерным выделением дисперсных частиц упрочняющей γ'-фазы размером ~0,25 мкм. Достигнутый уровень характеристик сплава ВЖ178П соответствует современным требованиям, предъявляемым к дисковым материалам ГТД.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 10.2. «Изотермическая деформация на воздухе нового поколения гетерофазных труднодеформируемых жаропрочных сплавов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»).

1. 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. С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33
2. Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Ломберг Б. С. Комплексная инновационная технология изотермической штамповки на воздухе в режиме сверхпластичности дисков из супержаропрочных сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 129–141.
3. Rice D., Kantzos P., Hann В., Neumann J., Helmik R. P/M Alloy 10 – A 700 ^оC Capable Nickel-based Superalloy For Turbine Disk Applications // Superalloys. 2008. P. 139–147.
4. Гарибов Г. С. Эволюция механических характеристик заготовок дисков со снижением крупности гранул // Технология легких сплавов. 2014. № 4. С. 58–61.
5. Иноземцев А. А., Аношкин Н. Ф., Башкатов И. Г., Гарибов Г. С., Коряковцев А. С. Применение дисков из гранул жаропрочных никелевых сплавов в серийных ГТД авиационной и наземной техники // Перспективные технологии легких и специальных сплавов. — М. : Физматлит, 2006. — 432 с.
6. Гарибов Г. С., Гриц Н. М., Востриков А. В., Федоренко Е. А. Создание нового высокопрочного сплава ВВ751П для перспективных газотурбинных двигателей // Технология легких сплавов. 2009. № 1. С. 34–39.
7. Гарибов Г. С. Перспективы развития отечественных дисковых гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов для новых образцов авиационной техники // Технология легких сплавов. 2017. № 1. С. 7–28.
8. Иноземцев A. A. Проблемы развития дисковых гранулируемых сплавов для перспективных авиационных двигателей // Технология легких сплавов. 2013. № 4. С. 13–19.
9. Волков А. М., Востриков А. В., Бакрадзе М. М. Принципы создания и особенности легирования гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов для дисков ГТД // Труды ВИАМ : электрон. науч.-техн. журн. 2016. № 8. Ст. 02. DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-8-2-2.
10. Reed R. C. The Superalloys Fundamentals and Applications. — UK, Cambridge : Cambridge University Press, 2006. — 372 p.
11. Пат. 2623540 РФ 2016133328. Гранулируемый высокожаропpoчный никелевый сплав и изделие, изготовленное из него / Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Бакрадзе М. М., Востриков А. В. и др. заявл. 12.08.2016 ; опубл. 27.06.2017. Бюл. № 18.
12. Ломберг Б. С., Бакрадзе M. M., Чабина Е. Б., Филонова Е. В. Взаимосвязь структуры и свойств высокожаропрочных никелевых сплавов для дисков газотурбинных двигателей // Авиационные материалы и технологии. 2011. № 2. С. 25–30.
13. Furrer D., Fecht Н. Ni-Based Superalloys for Turbine Discs // Journal of Metals. 1999. Vol. 51. P. 14–17.
14. Forde P. T. Tantalum in Superalloys // Advanced Materials and Processes. 1996. Vol. 149 (4). Р. 39, 40.
15. Каблов Е. Н., Оспенникова O. Г., Вершков А. В. Редкие металлы и редкоземельные элементы — материалы современных и будущих высоких технологий // Авиационные материалы и технологии. 2013. № S2. С. 3–10.
16. Pollock T., Tin S. Nickel-Based Superalloys for Advanced Turbine Engines: Chemistry, Microstructure and Properties // Journal of Propulsion and Power. 2006. Vol. 22, No. 2. P. 361–374.
17. Каблов Е. Н., Шевченко Ю. Н., Гриневич А. В. Проблемы паспортизации авиационных материалов на современном этапе // 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды. 2007. С. 388–396.