Сучасна електрометалургія, 2019, №03



2019 №03 (06)

DOI of Article 10.15407/sem2019.03.07

2019 №03 (08)

---

Сучасна електрометалургія, 2019, #3, 45-54 pages

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

Вплив конденсаційних багатошарових захисних покриттів на опір втомі зразків зі сплаву ВТ6

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

¹Державне підприємство «Міжнародний центр електронно-променевих технологій Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України». 03150, м. Київ, вул. Горького (Антоновича), 68. E-mail: mykytchyk@paton-icebt.kiev.ua
²Інститут проблем матеріалознавства НАН України. 03680, м. Київ, вул. Академіка Кржижановського, 3. E-mail: lugovskoi_u@ukr.net

Розглянуто вплив багатошарових функціональних (демпфуючих та ерозійностійких) покриттів товщиною 28...96 мкм на багатоциклову втому зразків сплаву ВТ6. Покриття отримані методом електронно-променевого випаровування і наступної конденсації з парової фази (EB-PVD) на підкладки з титанового сплаву ВТ6. Проведено дослідження багатоциклової втоми зразків за кімнатної температури шляхом збудження в них резонансних згинальних коливань за першої (неруйнівні напруження) та другої формах коливань при частотах 0,4 і 2,0 кГц відповідно на базі 10⁷ циклів. Встановлено, що осадження одношарових покриттів B₄C на зразки зі сплаву ВТ6 є недоцільним через слабку адгезію покриття (кут згину не більше 4°). Використання внутрішнього зв’язуючого шару (Ti, Ag, Hf товщиною 1...3; 2,5...15,0; 1...2 мкм відповідно) підвищило адгезію покриття (кут згину становив 20...25°), при цьому границя витривалості зразків знизилася на 29...33 % у порівнянні зі сплавом без покриття. Показано, що внутрішній зв’язуючий шар з Cu або AgCu забезпечує високу адгезію (кут згину досягав 36…48°), проте границя витривалості зразків знизилася на 33…49 % внаслідок швидкого проникнення втомної тріщини через цей внутрішній зв’язуючий шар в сплав ВТ6. Показано, що застосування багатошарового внутрішнього зв’язуючого шару в покриттях типу Hf/Ti/Hf/Ti/Cr або AgСu/Ti/AgCu/Ti/AgCu/B₄C з оптимальним співвідношенням товщин індивідуальних шарів дозволяє забезпечити границя витривалості на рівні 73…80 % від рівня межі витривалості зразків без покриття. Також встановлено, що багатошарове демпфуюче покриття Hf/Ag/Ni/Cr товщиною 52 мкм, яке випробовували за однакового рівня потужності, що підводиться від віброелектродинамічного стенду до зразка для збудження коливань, забезпечує зниження амплітуди коливань (діючих напружень в зразку) на 23...56 % у порівнянні із зразками без покриттів. З огляду на це доцільно для оцінки ефективності демпфування різних варіантів покриттів і їх впливу на багатоциклову втому проводити вібраційні випробування зразків за однакової потужності, що підводиться для збудженння коливань. Бібліогр. 18, табл. 1, рис. 8.
Ключові слова: сплав; електронно-променеве випаровування і осадження у вакуумі; багатоциклова втома; захисні (функціональні) покриття; багатошарові покриття; втомна тріщина; компресорні лопатки
 
Received:                10.06.19
Published:               03.10.19
 

Список літератури

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.