Автоматическая сварка, 2018, №12



2018 №12 (08)

DOI of Article 10.15407/as2018.12.09

2018 №12 (10)

---

Автоматическая сварка № 11-12, 2018, с. 93-102

Перспективы создания сварных монокристаллических конструкций из жаропрочных никелевых сплавов

К. А. Ющенко, Б. А. Задерий, И. С. Гах, А. В. Звягинцева

ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. 03150, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Жаропрочные никелевые сплавы с монокристаллической структурой применяются в таких отраслях производства, как турбостроение, авиационно-космическая техника и энергетика. Однако их дальнейшее освоение сдерживается сложностью, а иногда — и невозможностью, получения элементов конструкций больших размеров и развитой геометрии. Производство, как и ремонт, традиционными способами монокристаллических изделий с развитой геометрией таких, например, как длинномерные или охлаждаемые лопатки газовых турбин и др., представляет собой сложную технологическую задачу. Изготовление узлов, деталей, конструкций подобного рода путем их сварки из отдельных элементов или наращивания часто представляется более рациональным и позволяет создавать изделия с монокристаллической структурой на принципиально новой основе. Целью представленной работы является развитие новых подходов применительно к производству монокристаллических сварных конструкций ответственного назначения с повышенными механическими характеристиками и эксплуатационными параметрами. Приведены результаты исследований и примеры опытных сварных конструкций такого рода, полученных в Институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. Библиогр. 30, рис. 9.
Ключевые слова: жаропрочные никелевые сплавы, монокристаллы, сварные конструкции сложной геометрии, электронно-лучевая сварка, лопатки газовых турбин, условия формирования монокристаллической структуры

Поступила в редакцию 13.07.2018
Подписано в печать 06.11.2018

Список литературы

1. Строганов Г. Б., Чепкин В. М. (2000) Литейные жаропрочные сплавы для газовых турбин. Москва, ОНТИ МАТИ.
2. Петухов А. Н. (1993) Сопротивление усталости деталей ГТД. Москва, Машиностроение.
3. Каблов Е. Н. (2001) Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия) Москва, МИСИС.
4. Сорокин Л. И. (2004) Свариваемость жаропрочных никелевых сплавов (Обзор). Ч. 2. Сварочное производство, 10, 8–16.
5. Сорокин Л. И. (2004) Свариваемость жаропрочных никелевых сплавов (Обзор). Ч. 1. Там же, 9, 3–7.
6. John C. Lippold, Damian J. Cotecki (2005) Welding metallurgy and weldability of stainless steels. Wiley interscience A J. Wile&sons inc. Publication.
7. Pollock T. M., Murphy W. H. (1996) The Breakdown of Single-Crystal Solidification in High Refractory Nickel-Base Alloys. Mater. Trans. A 27A, 1081–1094.
8. Park J.-W., Baby S. S., Vitek J. M. et al. (2003) Stray grain formation in single crystal Ni-base superalloy welds. of Applied Physisc, 94, 6, 4203–4209.
9. Czyrska-Filemonowicz A., Dubiel B., Zietara M., Cetel A. (2007) Development of single crystal Ni-based superalloys for advanced aircraft turbine blades. In ynieria Materiałowa, 3-4, 128–133.
10. Reed R. C. (2006) The Superalloys: Fundamentals and Application. Cambridge University Press, Cambridge.
11. (2004) Авиационные материалы. Науч.-техн. сб. Вып. «Высокорениевые жаропрочные сплавы, технология и оборудование для производства сплавов и литья монокристаллических турбинных лопаток ГТД». Москва, ВИАМ.
12. Fitzpatrick G. A., Broughton T. (1986) «Rolls-Royse Wide Chord Fan Blade» international Conference on Titanium Products and Applications. San Francisco, California, USA, October 1986.
13. Иноземцев А. А., Нихамкин М. А., Сандрацкий В. Л. (2008) Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2. Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства. Учебник для ВУЗов. Москва, Машиностроение.
14. Ющенко К. А., Задерий Б. А., Гах И. С., Карасевская О. П. (2016) Формирование структуры металла шва при ЭЛС монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов. Автоматическая сварка, 8, 21–28.
15. Ющенко К. А., Гах И. С., Задерий Б. А. и др. (2013) Основные теоретические предпосылки сварки металлических монокристаллов. Физико-технические проблемы современного материаловедения. Т. 1. Академпериодика, сс. 148–176.
16. Ющенко К. А., Гах И. С., Задерий Б. А. и др. (2013) Влияние геометрии сварочной ванны на структуру металла швов монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов. Автоматическая сварка, 5, 46–51.
17. Ющенко К. А., Задерий Б. А., Гах И. С. и др. (2013) О природе зерен случайной ориентации в сварных швах монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов. Металлофизика и новейшие технологии, 35, 10, 1347–1357.
18. Ющенко К. А., Задерий Б. А., Звягинцева А. В. (2009)Особенности структуры металла торцевых наплавок монокристаллических лопаток из никелевых суперсплавов. Автоматическая сварка, 8, 46–53.
19. Ющенко К. А., Задерий Б. А., Гах И. С. и др. (2009) О возможности наследования монокристаллической структуры сложнолегированных никелевых сплавов в неравновесных условиях сварки плавлением. Металлофизика и новейшие технологии, 31, 4, 473–485.
20. Ющенко К. А., Задерий Б. А., Котенко С. С. и др. (2008) Склонность к образованию трещин и структурные изменения при ЭЛС монокристаллов жаропрочных никелевых суперсплавов. Автоматическая сварка, 2, 10–19.
21. Ющенко К. А., Задерий Б. А., Карасевская О. П. и др. (2006) Структурные изменения в процессе кристаллизации никелевых суперсплавов при кристаллографически ассиметричном расположении сварочной ванны. Металлофизика и новейшие технологии, 28, 11, 1509–1527.
22. Ющенко К. А., Задерий Б. А., Карасевская О. П. и др. (2006) Структура сварных соединений монокристаллов вольфрама. Автоматическая сварка, 8, 5–12.
23. Ющенко К. А., Карасевская О. П., Котенко С. С. и др. (2005) К вопросу наследования сварными соединениями структурно-ориентированного состояния металлических материалов. Там же, 9, 3–11.
24. Задерий Б. А., Котенко С. С., Полищук Е. П. и др. (2003) Особенности кристаллического строения сварных соединений монокристаллов. Там же, 5, 14–21.
25. Clark D., Bache M. R., Whittaker M. T. (2008) Shaped metal deposition of nickel alloy for aero engine applications. Journal of Materials Processing Technology, 203, 439–448.
26. Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. (2015) Wire-feed additive manufacturing of components: technologies, developments and future interests. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 81(1-4), 465–481.
27. Frazier W. E. (2014) Metal additive manufacturing: a review. Journal of Materials Engineering and Perfomance, 23(6), 1917–1928.
28. Brandla E., Baufeld B., Leyens C., Gauitd R. (2010) Additive manufactured Ti–6Al–4V using welding wire: comparison of laser and arc beam deposition and evalution with respect to aerospace materials specification. Proceedings of the Laser Assisted Net Shape Egineering, 5, Part B, 595–606.
29. Additive Manufacturing: Siemens uses innovative technology to produce gas turbines. Press – Siemens Global Website. Munich, Mar 19, 2018. www.siemens.com/press/en/
30. Rockstroh T., Abbott D., Hix K., Mook J. (2013) Lessons learned from development cycle. Additive manufacturing at GE Aviation – Industrial Laser Solutions, 1–6. www.industrial-lasers.com/articles/print/volume-28/issue-6/features/additive-manufacturing-at-ge-aviation.html