WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Методика выбора режимов электронно-лучевой обработки использовалась при реализации программы исследований по проекту МНТЦ в 2005 и 2007 гг. (проект №975-98.2), по проекту №2.1.2-8700 «Разработка основ технологических процессов нанесения коррозионно-эрозионно-стойких макспокрытий на поверхность деталей из титановых сплавов с помощью сильноточных импульсных ионных и электронных пучков» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)».

Полученные при выполнении диссертации результаты используются в учебном процессе в Московском авиационном институте при чтении лекций по курсам «Основы технологи производства ДЛА и ЭСУ» и «Спецтехнология», при проведении лабораторных работ по этим курсам и технологической практики у студентов старших курсов.

Апробация работы и научные публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: Международная конференция «Титан в СНГ» в 2006 г. (г. Суздаль), 8-я и 9-я Международные конференции по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками в и 2008 г.г. (г. Томск, Россия), 13-ый Международный Симпозиум имени А.Г.

Горшкова «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» в 2007 г. (г. Ярополец Московской области), 7-я Международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом» в 2007 г. (г. Минск, Беларусь), 15-th International Conference on Surface modification of materials by ion beams (Mumbai, India) в 2007 г. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ из них 8 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора. Автор научно обосновал эффект перераспределения легирующих элементов в поверхностных слоях покрытий на лопатках из жаропрочных никелевых сплавов при их облучении сильноточным импульсным пучком. Все натурные испытания серийных и облученных лопаток, а также методика их последующих исследований на ММП им. В.В. Чернышева были спланированы и выполнены непосредственно автором диссертации.

Автор разработал: технологические процессы электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток турбины из сплава ЖС26НК с жаростойким покрытием СДП2; модель выбора оптимальных режимов электронно-лучевой обработки лопаток ГТД на основе построения профилей температурных полей и полей напряжений, а также определения остаточных напряжений; методику проведения длительных испытаний облученных лопаток турбины ГТД РД33.

Непосредственно по инициативе автора были начаты и спланированы работы по получению и определению свойств МАХ-материалов и МАХ-покрытий.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 143 стр. и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из наименований. В работе представлено 100 рисунков и 16 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обсуждаются проблемы актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, ее практическая значимость и пути реализации результатов исследований.

В первой главе приведены и проанализированы, как результаты фундаментальных работ по теории взаимодействия ускоренных электронов с твердым телом, так и последние данные, посвященные компьютерному моделированию процессов, протекающих при этих взаимодействиях, что позволяет оценить температурные поля в материале в процессе электроннолучевой обработки, а также распределения остаточных напряжений по глубине облучаемых мишеней. Особое внимание уделено анализу отечественной и зарубежной периодики по материаловедению никелевых сплавов и поверхностной инженерии изделий из жаропрочных никелевых сплавов, используемых в авиационном двигателестроении. Подробно проанализированы достижения сотрудников ВИАМа по разработке технологии получения монокристаллических лопаток из жаропрочных никелевых сплавов и нанесения на их поверхность жаростойких покрытий методом вакуумно-плазменной технологии высоких энергий (ВПТВЭ). Эти технологии успешно внедрены на большинстве предприятий отрасли и реализуются с использованием серийного оборудования для литья лопаток и нанесения покрытий. Для нанесения жаростойких покрытий методом ВПТВЭ С.А. Мубояджаном, В.А. Помеловым и С.А. Будиновским разработаны установки МАП-1М, МАП-2М и ВИАМ, а также технологические процессы и средства контроля, которые широко применяются в промышленности. При этом значения скорости осаждения покрытия достигают для различных материалов величин от 0,1 до 0,4 мкм/мин (для установки МАП-1М). То, что высокие скорости осаждения достигаются на установках типа МАП-1М, МАП-2М и ВИАМ обусловлено увеличением в плазме доли капельной фракции (размеры отдельных фрагментов могут составлять 10-20 мкм и даже больше). Последнее, наряду с чисто технологическими сложностями изготовления катодов из материалов наносимых покрытий, является основным недостатком метода ВПТВЭ.

Наличие капельной фракции приводит к повышенной пористости покрытий, а иногда и к неудовлетворительной адгезии, что, в конечном счете, обуславливает снижение жаростойкости.

В этой связи перспективным представляется проведение облучения СИЭП в режиме плавления деталей с жаростойким вакуумно-плазменным покрытием.

Поэтому в первой главе основное внимание уделено анализу результатов исследований и испытаний, выполненных А.Г. Пайкиным и А.Б. Беловым для лопаток из сталей и титановых сплавов, обработанных СИЭП.

Вторая глава посвящена методикам облучения, изучения физикохимического состояния поверхностных слоев и определения эксплуатационных свойств лопаток турбины их жаропрочных никелевых сплавов. В ней приведены данные о химическом составе и термообработке сплавов ЖС6У и ЖС26НК, из которых были изготовлены лопатки турбины ГТД РД33 и РД1700, а также сведения об оборудовании, использованном при облучении, исследовании физико-химического состояния поверхности и испытаниях.

Облучение модельных образцов и лопаток осуществлялось на ускорителях “GESA-1“ и “GESA-2“ при следующих значениях основных параметров: w=1590 Дж/см2; Е=115-120 кэВ; =15-40 мкс. Однородность пучка непрерывно контролировалась от импульса к импульсу (установки работали в режиме одиночных импульсов при скважности срабатывания 30-40 с). Термообработка облученных мишеней проводилась в вакуумной печи “ULVAK” в вакууме не хуже 10-5 мм. рт. ст.

Отдельное внимание во второй главе уделено методикам определения эксплуатационных свойств модельных образцов и лопаток. Усталостные испытания образцов и лопаток, изготовленных по серийной технологии, и прошедших электронно-лучевую обработку, были реализованы на магнитострикционных вибростендах с частотой нагружения 3000-3300 Гц при комнатной температуре и при температуре эксплуатации (900-950 С).

Поверхности изломов изучались методами оптической и электронной фрактографии. Испытания на жаростойкость проводились на модельных образцах и лопатках, помещенных в муфельную печь и выдерживаемых при температуре 950 0С в течение длительного времени на воздухе. Сопротивление окислению определялось по толщине окисленного слоя (h0, мкм) при различных временах термоэкспозиции: 100, 200, 300, 400 и 500 часов. Кроме этого окисленные поверхности лопаток исследовались методами ЭОС и РСА, что позволяло получить информацию о механизмах окисления и причинах изменения жаростойкости в результате обработки СИЭП.

Кроме того, во второй главе, на базе основных положений химической термодинамики и гидродинамики, предложена и апробирована оригинальная методика выбора оптимальных режимов электронно-лучевой импульсной обработки деталей из никелевых сплавов с жаростойким покрытием СДП-(NiCrAlY), позволяющая построить профили распределения температуры и напряжений по глубине мишени в зависимости от времени и определить те режимы облучения, когда в поверхностных слоях мишеней достигаются плавление, испарение, плазмообразование, разложение и формирование различных фаз. Полученные с помощью этой методики данные позволили очертить область экспериментального поиска оптимальных режимов модифицирования поверхности лопаток из никелевых сплавов по одному из важнейших параметров облучения – плотности энергии в импульсе от 15 до Дж/см2 при фиксированных значениях энергии и длительности импульса, что представляло несомненные трудности из-за присутствие в материале покрытия как легколетучих (Cr, Al), так и тугоплавких элементов (Y).

В третьей главе приведены данные о влиянии режимов обработки СИЭП на химический и фазовый составы в поверхностных слоях лопаток из сплавов ЖС6У и ЖС26НК с жаростойким покрытием СДП-2. Полученные в этой главе (рис. 1 и табл. 1) результаты позволяют уже на этом этапе сделать предварительные выводы о наиболее перспективных величинах параметров электронно-лучевой обработки.

Так, достаточно конкретные выводы могут быть сделаны по выбору плотности энергии в импульсе. В основе этих выводов лежат следующие соображения. При облучении лопаток из жаропрочных сплавов с жаростойким покрытием NiCrAlY желательно добиться оптимального перераспределения элементов и фазовых составляющих в поверхностном слое мишеней-лопаток при увеличении содержания электронной -фазы, ответственной за жаростойкость покрытия. Было показано, что для серийных лопаток характерно неоднородное распределение и фаз по толщине покрытия. В результате при эксплуатации эти детали интенсивно окисляются. Кроме того, необходимо чтобы все компоненты покрытия СДП-2 при облучении перешли в жидкую фазу, иначе при кристаллизации оставшиеся в твердом состоянии конгломераты будут выполнять роль затравок и являться центрами сегрегации и, как следствие, в их окрестности могут формироваться микротрещины при кристаллизации.

а б Рисунок 1 - Микроструктура в поверхностном слое серийных лопаток из сплава ЖС26НК с NiCrAlY вакуумно-плазменным покрытием до (а) и после облучения СИЭП (w=42-45 Дж/см2) и вакуумного отжига при 1050 0С в течение 2 час (б).

Таблица 1. Элементный состав по данным РМА (масс. %) в различных точках (рис. 1) NiCrAlY вакуумно-плазменного покрытии после облучения сильноточным импульсным электронным пучком и вакуумного отжига при 1050 0С в течение 2 час.

Содержание элементов, в масс. % № Al Cr Ni W Co Y 1 8,9 17,5 осн. 1,0 1,5 0,2 4,2 17,0 осн. 10,0 4,3 0,3 11,9 16,0 осн. 7,0 6,0 0,Как следует из полученных данных, обработка высокоинтенсивным импульсным электронным пучком при плотности энергии w=42-45 Дж/смпозволяет перевести все элементы покрытия в жидкую фазу и достичь повышенного содержания -фазы на основе NiAl, что должно привести к повышению такой важной эксплуатационной характеристики, как жаростойкость. Таким образом, перспективным представляется обработка лопаток из никелевых сплавов с покрытием СДП-2 СИЭП в этом режиме.

Облучение же при более высоких плотностях энергии 45-55 Дж/смможет стимулировать преимущественное испарения с поверхности лопаток легколетучих алюминия и хрома, что приведет к снижению целого комплекса свойств деталей из жаропрочных никелевых сплавов. Только облучение при очень высоких плотностях энергии в режиме абляции w>55-60 Дж/смпредставляет большой практический интерес для разработки ремонтной электронно-лучевой технологии.

В четвертой главе приведены результаты исследования влияния режимов облучения на структурные характеристики материала в поверхностных слоях образцов и лопаток из никелевых сплавов. Главным технологическим параметром при проведении процесса облучения СИЭП является плотность энергии (w) в импульсе. С ростом плотности энергии в приповерхностных слоях мишеней из жаропрочных никелевых сплавов протекают следующие процессы: испарение органических примесных компонентов, плавление и испарение материала поверхностного слоя, кратерообразование и трещинообразование, плазмообразование и абляция. Эти процессы определяют физико-химическое состояние материала в поверхностном слое облучаемых мишеней, что приводит, в конечном счете, к модификации их свойств. Влияние режимов облучения на шероховатость, топографию, микротвердость и экзо-эмиссионную активность поверхности образцов из жаропрочных никелевых сплавов проиллюстрировано на рис. 2 и в таблице 2.

20 мкм a в б г Рисунок - 2. Влияние плотности энергии на топографию поверхности NiCrAlY - вакуумно-плазменных покрытий, осажденных на поверхности образцов из сплава ЖС26НК: a – исходное состояние; б, в, г, д – состояние после облучения 20 мкм w=24-26, 36-38, 42-45, 50-55 Дж/см2.

д Результаты, представленные в настоящей главе, позволяют сделать заключение о том, что оптимальные режимы облучения образцов из жаропрочных никелевых сплавов с покрытиями системы NiCrAlY (СДП-2) могут быть достигнуты при плотности энергии w=42-45 Дж·см-2, когда не протекают процессы кратерообразования, сохраняется упрочняющая ’-фаза, а в поверхностном слое покрытия увеличивается содержание электронной -фазы на основе NiAl. Кроме того, при реализации этого режима облучения снижается шероховатость поверхности от 2.01-2.12 до 0.32-0.61 мкм.

Таблица 2. Влияние плотности энергии в импульсе на шероховатость поверхности и микротвердость NiCrAlY вакуумно-плазменного покрытия, осажденного на поверхности образцов из жаропрочных сплавов ЖС6У и ЖС26НК.

Режимы Шероховатость Интенсивность Микротвердость экзо-электронной эмиссии w, n, Ra, мкм, Ieee, Hµ, ед. HV, Дж/см2 имп ±0.05 имп/с p=2 Н - - 2.12 240±60 420-22-26 5 1.14 390±90 440-22-26 10 1.03 420±40 460-42-45 5 0.36 610±30 480-42-45 10 0.32 620±20 470-50-55 5 0.99 720±80 390-50-55 10 1.12 740±70 380-Микроструктура материала в поверхностном слое покрытия СДП-2, осажденного по серийной технологии, характеризуется наличием неравноосных и равноосных субзерен, имеющих малоугловую разориентировку.

Максимальный размер этих субзерен достигает 0,5-1,0 мкм, а минимальный составляет около 50 нм, т.е. 0,05 мкм. Сопоставление микроструктуры образцов в различных участках покрытия позволяет выявить наиболее общие особенности ее формирования. Микроструктура может быть более или менее однородной, при этом средний размер субзерен существенно различается.

Участки с равноосными субзернами размером 0,2-1,0 мкм содержат большее количество мелкодисперсных частиц, обогащенных иттрием: Ni-45%; Cr-6%;

Al-34%; Y-8,4%; Ti-1,6% (% вес.) Результаты микроанализа свидетельствуют о практически полном отсутствии иттрия: Ni-(37-45)%; Cr-(15-23)%; Al-(35-36)%;

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»