ВИЛС представил на "Металл-Экспо'2017" технологию производства заготовок дисков авиационных двигателей 

«ВИЛС» представил на «Металл-Экспо'2017» новую перспективную технологию производства заготовок дисков авиационных двигателей 
  
Перспективный метод производства заготовок дисков авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) с функционально-градиентными характеристиками, разработанный «Всероссийским институтом легких сплавов», был представлен участникам международной промышленной выставки «Металл-Экспо'2017». Отличительная особенность новой технологии – в формировании переменной структуры изделия за счёт сочетания гранул разной крупности одного жаропрочного никелевого сплава. Это позволяет повысить температуру эксплуатации обода дисков и уменьшить сечение ступицы, тем самым повысив КПД, экономичность и весовые характеристики двигателей.

С докладом о новой технологии выступил ведущий научный сотрудник лаборатории №3 «ВИЛС» Дмитрий Егоров. Он пояснил, чем обусловлена актуальность этой разработки: «При создании каждого следующего поколения ГТД конструкторы стремятся повысить температуру газа на входе в турбину для увеличения КПД двигателей. Однако условия эксплуатации разных частей дисков существенно меняются при переходе от обода к ступичной части. Температура эксплуатации обода составляет 650 оС и выше, в ступице –400 оС. Также существенно меняется радиальные и окружные напряжения по сечению диска: их уровень в ступице и полотне существенно выше чем в ободе. Поэтому необходимо на ободе обеспечить максимально возможную жаропрочность, а в ступице – максимально возможную прочность и сопротивление малоцикловой усталости».

Специалисты «ВИЛС» предложили и внедрили конструкторско-технологическое решение, позволяющее достичь необходимые характеристики изделия. Заготовку изготавливают методом горячего изостатического прессования с использованием ноу-хау «ВИЛС» на стадии заполнения и герметизации капсул с гранулами, что обеспечивает равномерное заполнение различных зон диска мелкими и крупными гранулами с формированием переменной структуры по его сечению.

Последующую закалку при термообработке заготовок проводят при температуре выше температуры сольвуса сплава, что обеспечивает участие в механизме упрочнения максимального объёма выделяемой '-фазы. В результате полученная заготовка обладает высокой прочностью и сопротивлением малоцикловой усталости в области ступицы и высокой жаропрочностью в зоне обода, что обеспечивает увеличенный ресурс и надежность детали в эксплуатации. 

Предложенная инновационная технология позволяет получать в одном изделии области с разницей размера зерна примерно в два раза (28 и 53 мкм) и шириной переходной зоны 500-800 мкм в заданной конструкторами геометрии диска с формированием функционально-градиентной структуры материала.

«Сейчас для получения дисков с переменной структурой чаще всего используется  стабильный и относительно экономичный метод Dual Micro Heat Treatment, разработанный в NASA, однако новая технология «ВИЛС» превосходит его по ряду параметров, в частности, она обеспечивает более высокий уровень свойств в зоне с мелким зерном», – отметил Дмитрий Егоров. Новая технология производства дисков с переменной структурой защищена двумя патентами РФ. 

Учёный также рассказал, что формирование переменной структуры в заготовках дисков даёт существенный эффект только в случае использования сложнолегированных сплавов с высокой объемной долей упрочняющей γ'-фазы, что обеспечивает большой запас по жаропрочности при температуре до 750 °С, например, сплавов ЭП741НП и ВВ750П.

После успешных испытаний материала экспериментального диска была разработана опытная технология изготовления полноразмерных заготовок дисков II ступени турбины высокого давления (ТВД) для двигателя ПД14 из гранул сплава ВВ750П, обладающего на сегодняшний день самым высоким уровнем длительной прочности при температурах до 750 °С из существующих дисковых сплавов как у нас в стране, так и за рубежом.

В настоящее время изготовленные по новой технологии полноразмерные заготовки дисков II ступени ТВД с переменной структурой диаметром 510 мм, высотой 128 мм и массой 118 кг из гранул сплава ВВ750П для турбины авиационного двигателя ПД14 проходят апробацию в АО «ОДК-Авиадвигатель» (г. Пермь).

С «ОДК-Авиадвигатель», разработчиком ПД14, подписаны технические задания на разработку нового сплава и технологии производства заготовок дисков с переменной структурой и функционально-градиентными свойствами для перспективного двигателя – ПД35.