Современная электрометаллургия, 2019, №03



2019 №03 (06)

DOI of Article 10.15407/sem2019.03.07

2019 №03 (08)

---

Современная электрометаллургия, 2019, #3, 45-54 pages

Journal                    Современная электрометаллургия
Publisher                International Association «Welding»
ISSN                      2415-8445 (print)
Issue                       № 3, 2019 (September)
Pages                      45-54
 
 

Влияние конденсационных многослойных защитных покрытий на сопротивление усталости образцов из сплава ВТ6

К.Ю. Яковчук¹, А.В. Микитчик¹, Ю.Э. Рудой¹, Ю.Ф. Луговской²

¹Государственное предприятие «Международный центр электронно-лучевых технологий Института электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины». 03150, г. Киев, ул. Горького (Антоновича), 68. E-mail: mykytchyk@paton-icebt.kiev.ua
²Институт проблем материаловедения НАН Украины. 03680, г. Киев, ул. Академика Кржижановского, 3. E-mail: lugovskoi_u@ukr.net

Рассмотрено влияние многослойных функциональных (демпфирующих и эрозионностойких) покрытий толщиной 28….96 мкм на многоцикловую усталость образцов сплава ВT6. Покрытия получены методом электронно-лучевого испарения и последующей конденсации из паровой фазы (EB-PVD) на подложки из титанового сплава ВТ6. Проведено исследование многоцикловой усталости образцов при комнатной температуре путем возбуждения в них резонансных изгибных колебаний на первой (не разрушающие напряжения) и второй формах колебаний при частотах 0,4 и 2,0 кГц соответственно на базе 10⁷ циклов. Установлено, что осаждение однослойных покрытий из B₄C на образцы из сплава ВТ6 нецелесообразно по причине слабой адгезии покрытия (угол изгиба не превышал 4°). Использование внутреннего связующего слоя (Ti, Ag, Hf толщиной 1...3; 2,5…15,0; 1…2 мкм соответственно) повысило адгезию покрытия (угол изгиба составлял 20…25°), при этом предел выносливости образцов снизился на 29...33 % по сравнению со сплавом без покрытия. Показано, что внутренний связующий слой из Cu или AgCu обеспечивает высокую адгезию (угол изгиба достигал 36…48°), однако предел выносливости снизился на 33...49 % вследствие быстрого проникновения усталостной трещины через этот внутренний связующий слой в сплав ВТ6. Показано, что применение многослойного внутреннего связующего слоя в покрытиях типа Hf/Ti/Hf/Ti/Cr или AgСu/Ti/AgCu/Ti/AgCu/B₄C с оптимальным соотношением толщин индивидуальных слоев позволяет обеспечить предел выносливости на уровне 73...80 % от уровня предела выносливости образцов без покрытий. Установлено, что многослойное демпфирующее покрытие Hf/Ag/Ni/Cr толщиной 52 мкм, испытанное при одинаковом уровне мощности, подводимой от виброэлектродинамического стенда к образцу для возбуждения колебаний, обеспечивает снижение амплитуды колебаний (действующих напряжений в образце) на 23...56 % по сравнению с образцами без покрытий. С учетом этого целесообразно для оценки эффективности демпфирования различных вариантов покрытий и их влияния на многоцикловую усталость проводить вибрационные испытания образцов при одном и том же уровне мощности, подводимой к образцу для возбуждения колебаний. Библиогр. 18, табл. 1, рис. 8.
Ключевые слова: сплав; электронно-лучевое испарение и осаждение в вакууме; многоцикловая усталость; защитные (функциональные) покрытия; многослойные покрытия; усталостная трещина; компрессорные лопатки
 
Received:                10.06.19
Published:               03.10.19

Список литературы

1. Котельников А.Н., Габов И.Г. (2015) Оценка усталостной прочности рабочих лопаток компрессора при нерегулярном нагружении. Фундаментальные исследования, 9, 470–475.
2. Горлов Д.С., Мубояджян С.А., Щепилов А.А., Александров Д.А. (2017) Влияние ионной имплантации на демпфирующую способность композиции «сплав–ионно-плазменное покрытие». Труды ВИАМ, 2, 24–32, DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-2-4-4.
3. Малашенко И.С., Куренкова В.В., Белоусов И.В., Бибер В.И. (2014) Структура и физико-механические свойства вакуумных конденсатов титанового сплава ВТ6. Современная электрометаллургия, 2, 26–35.
4. Чичков Б.А. (2000) Рабочие лопатки авиационных газотурбинных двигателей. Часть 1. Эксплуатационная повреждаемость рабочих лопаток. Москва, МГТУ ГА.
5. Микитчик А.В., Рудой Ю.Э., Грушецкий И.В. и др. (2016) Влияние многослойных конденсационных покрытий на характеристики демпфирования титанового сплава ВТ6. Современная электрометаллургия, 1, 26–31.
6. Яковчук К.Ю., Рудой Ю.Э., Микитчик А.В. и др. (2012) Влияние условий конденсации на структуру и свойства твердых покрытий на основе B4C, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме. Там же, 3, 15–19.
7. Torvik P., Langley B. (2015) Material properties of hard coatings developed for high damping. Proc. of the 51st AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf., (Orlando, Florida, USA, July 29, 2015).
8. Трапезон A.Г., Ляшенко Б.A., Лысенков M.O. (2013) Сопротивление усталости металлов с упрочняющими покрытиями (обзор). Проблемы прочности, 3, 42–57.
9. Costa M.Y.P. et al. (2011) Fatigue behavior of PVD coated Ti–6Al–4V alloy. International Journal of Fatigue, 33, 759–765.
10. Baragetti S., Villa F. (2014) An updated review of the fatigue behavior of components coated with thin hard corrosion-resistant coatings. The Open Materials Science Journal, 8, 87–98.
11. Устинов А.И., Зиньковский А.П., Скородзиевский В.С., Токарь И.Г. (2010) О возможностях наноструктурированных покритий для снижения динамической напряженности конструктивных элементов машин. Современная электрометаллургия, 1, 28–33.
12. Трапезон А.Г., Ляшенко Б.А., Липинская Н.В. (2009) Усталость титанового сплава ВТ20 с вакуум-плазменными покрытиями при высоких температурах. Проблемы прочности, 4, 101–107.
13. Мовчан Б.А., Яковчук К.Ю. (2004) Электронно-лучевые установки для испарения и осаждения неорганических материалов и покритий. Современная электрометаллургия, 2, 10–15.
14. Кузьменко В.А. (ред.). (1979) Усталостные испытания при высоких частотах нагружения. Киев, Наукова думка.
15. Луговской Ю.Ф. (1987) Методика усталостных испытаний композиционных материалов при изгибе, полученных электронно-лучевым испарением. Проблемы специальной электрометаллургии, 4, 61–65.
16. Лашко С.В., Лашко Н.Ф. (1988) Пайка металлов. Москва, Машиностроение.
17. Шморгун В.Г., Слаутин О.В., Евстропов Д.А. и др. (2014) Структура и фазовый состав покрытий системы Cu–Ti, сформированных на медной подложке. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 4, 8–10.
18. Szczepanik R. (2013) Analysis of 1st stage compressor rotor blade stress and vibration amplitudes in one-pass jet engine. Journal of KONES Powertrain and Тransport, 20(4), 441–450.