Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научных основ высокоэффективной технологии и оборудования для изготовления в условиях сверхпластичности широкой номенклатуры полых валов газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов и сталей

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
газотурбинный двигатель, вал, жаропрочные сплавы, структура, механические свойства, сверхпластичность, раскатка, раскатной стан, ролики

Цель проекта:
1. Реализация проекта направлена на решение проблемы создания высокоэффективного производства полых длинномерных валов широкой номенклатуры из жаропрочных сталей и сплавов на основе титана и никеля для роторов авиационных двигателей, и наземных энергетических установок, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, 2. Целью проекта является разработка инновационной технологии раскатки широкой номенклатуры полых валов из жаропрочных сталей и сплавов в условиях сверхпластичности для перспективных газотурбинных двигателей (ГТД). Все основные параметры разрабатываемой технологии и качество валов должны быть подтверждены экспериментально путем раскатки валов на специально разработанном и изготовленном в процессе выполнения ПНИ макете стана. 3.Реализация проекта позволит обеспечить создание конкурентоспособной технологии изготовления полых валов в условиях сверхпластичности, отсутствующей в России и за рубежом и позволяющей существенно повысить ресурс и качество изготавливаемых полых валов для ГТД за счет использования универсального инструмента и менее мощного оборудования по сравнению с существующими технологиями.

Основные планируемые результаты проекта:
Получение закономерностей влияния величины деформации, скорости деформации, температуры на структуру жаропрочных сплавов (обеспечение ультрамелкозернистой структуры с зерном не менее 5-10 мкм). Определение термомеханических и силовых параметров процесса раскатки валов (0,01 сек. - 0,1 сек. (-1) - скорость деформации, 950 - 1100 градусов С - температура, 8-10 тс - величина усилия раскатки) в изотермических, в том числе сверхпластических условиях. Разработка ТЗ на ОКР по созданию стана для раскатки полых валов из жаропрочных сплавов (титановых, никелевых и интерметаллидных сплавов) в условиях сверхпластической деформации.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Существующие методы изготовления полых валов для газотурбинных двигателей (ГТД) характеризуются рядом недостатков: необходимостью применения оборудования большой мощности, низким ресурсом оснастки для получения заготовок, большими нагрузками на инструмент, невозможностью максимально использовать свойства жаропрочных сплавов за счет получения однородной регламентированной структуры материала заготовок для полых валов, гарантирующей их высокую прочность и жаропрочность, низким коэффициентом использования материала (КИМ).
Технологии, применяемые ведущими мировыми производителями авиадвигателей (Евросоюз, США) применительно к высоколегированным жаропрочным сплавам, основаны на "геторайзинг-процессе", который требует использования дорогостоящих горизонтальных прессов с усилием свыше 20 тыс. тонн для подготовки прутков с ультрамелкозернистой структурой, а также вакуум-штамповочных комплексов с такими же усилиями, и широкую номенклатуру штампов из дорогостоящих молибденовых сплавов.
Разработанная технология раскатки валов в условиях изотермической, в том числе сверхпластической деформации устраняет многие из перечисленных выше недостатков существующих методов, в частности, обеспечивает однородность структуры, изотропность механических свойств, исключает необходимость использования крупногабаритных штампов и мощного кузнечно-прессового оборудования, требует значительно меньших усилий для раскатки по сравнению с объемной штамповкой, снижает энергозатраты.
Разработанная новая технология изготовления полых валов из жаропрочных сплавов, основанная на использовании сверхпластической раскатки имеет существенные преимущества перед существующими технологиями штамповки, ковки, прессования и др. способов за счет получения однородной ультрамелкозернистой структуры материалов. Раскатка валов разработана в России и является приоритетом России.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области науки и техники: материаловедение и физика металлов, обработка металлов давлением и технология и оборудование для обработки металлов давлением; машиностроение (авиадвигателестроение, энергомашиностроение); станкостроение.
2. Конечная инновационная продукция - технология и оборудование для изготовления ответственных деталей газотурбинных двигателей методом сверхпластической раскатки - может быть внедрена в авиадвигателестроительных компаниях ОАО "Кузнецов", ОАО "Моторостроитель" (г. Самара), ОАО "КМПО" (г. Казань), ОАО "Климов" (г. Санкт-Петербург), АО "НПЦ Газотурбостроения "Салют" (г. Москва), НПО "Сатурн" (г. Рыбинск), ОАО "Пермский моторный завод", ОАО "УМПО" (г. Уфа) и др.
3. Планируется создать прорывную технологию, которая может значительно повлиять на структуру производства деталей из жаропрочных сплавов для ГТД, результаты работ будут использоваться двигателестроительными компаниями для изготовления полых валов с повышенными эксплуатационными характеристиками, а также станкостроительными предприятиями для создания станов для раскатки. Реализация проекта обеспечит развитие технологических решений в повышении ресурса и надежности ГТД нового поколения.
4. Эффекты от внедрения результатов проекта:
- исключение из технологического процесса крупногабаритных штампов и мощного кузнечно-прессового оборудования;
- снижение усилий в 100 - 1000 раз вследствие замены объемной штамповки раскаткой;
- повышение КИМ (коэффициента использования материала) в 2,5 раз по сравнению с традиционными процессами горячей штамповки;
- сведение до минимума количества технологических переходов, операций и энергозатрат;
- повышение ресурса и качества изготовленных изделий.

Текущие результаты проекта:
Проведено математическое моделирование процесса измельчения зерен для формирования УМЗ структуры в металлах и многофазных сплавах и разработаны модели деформационно-термической обработки для получения УМЗ структуры в заготовках из промышленных сплавов. Выполнено математическое моделирование процесса раскатки валов, в результате которого установлены величины усилия раскатки, скорости вращения заготовки и траектории перемещения инструмента в процессе раскатки. Разработана эскизная конструкторская документация на макет стана для раскатки валов (СРВ) с камерой нагрева. Проведена верификация режимов обработки, обеспечивающих подготовку в промышленных сплавах УМЗ структуры и режима окончательной термической обработки. Проведено физическое моделирование процесса раскатки валов на основе использования модельного сплава. Сравнение результатов математического и физического моделирования показало адекватность разработанных моделей, что позволило выбрать оптимальные форму и размеры заготовок валов, переходы и последовательность обработки заготовок из промышленных сплавов. По разработанной эскизной документации изготовлены заготовки полых валов.