14.626.21.0001

1. Разработка экспериментальных аддитивных технологий с применением численного моделирования физических процессов при синтезе материала из металлических порошков жаропрочных сплавов на основе никеля в процессе послойного лазерного сплавления и лазерной газопорошоковй наплавки для изготовления и ремонта сложнопрофильных деталей ГТД.
2. Впервые разрабатывается полный цикл аддитивного производства, включая получение отечественных порошковых материалов, разрабатываются параметры послойного лазерного синтеза и последующих термической и газостатической обработок.
3. Впервые отрабатываются режимы синтеза для несвариваемых, склонных к образованию трещин, сплавов без применения внешних нагревов.

Полученные по окончании работы результаты будут соответствовать самым последним разработкам таких ведущих компаний в области 3D-синтеза, как EOS, SLM Solutions, которые только в последние 1,5-2 года начали включать в линейку материалов для лазерного синтеза ограниченно свариваемые сплавы (Hastalloy X и др.). Три из четырех материалов, разрабатываемых в настоящей работе материалов являются несвариваемыми литейными сплавами. В особенности, интерес представляет литейный сплав на основе интерметаллида Ni3Al, наиболее высокую из всех сплавов на никелевой основе (1200 с кратковременными забросами до 1250С) рабочую температуру и не имеющий аналогов ни у одного зарубежного производителя.

При разработке технологии послойного лазерного сплавления  были проведены комплексные исследования влияния основных технологических параметров синтеза на структуру, пористость, механические свойства синтезированных материалов; были проведены исследования влияния горячего изостатического прессования деталей, полученных методом послойного лазерного сплавления, исследованы физико-механические свойства.

При разработке технологии ремонта сложнопрофильных деталей ГТД ыли проведены комплексные исследования по установлению влияния частотно-энергетических параметров лазерной газопорошковой наплавки и массового расхода металлических порошков на кинетику формирования структуры, состава и свойств наплавленного материала.

Впервые в отечественной практике осуществляется разработка инженерного и материаловедческого решения полного цикла, направленного на обеспечение имеющегося оборудования для металлической 3D-печати отечественными материалами. Разработка охватывает все стадии, включая выплавку шихтовой расходуемой заготовки, получение порошков, разработку параметров селективного лазерного синтеза и последующей термической и газостатической обработки. В работе впервые отрабатываются режимы синтеза для несвариваемых, склонных к образованию трещин, сплавов без применения внешних дополнительных нагревов, только за счет тонкой оптимизации параметров селективного лазерного сплавления.

Внедренные в производство аддитивные технологии позволят занять новые рыночные ниши на рынке авиационного двигателестроения, а также окажут влияние на развитие отечественного машиностроения в целом, в частности, разрабатываемые аддитивные технологии изготовления и ремонта сложнопрофильных деталей ГТД с использованием металлических порошков жаропрочных сплавов на основе никеля найдут применение при изготовлении перспективного газотурбинного двигателя ПД-14 для магистрального самолета МС-21 на ОАО «Авиадвигатель».
Внедрение разработанных аддитивных технологий в авиационную промышленность позволит:
- снизить вес конструкций ГТД на 20-30% за счет изготовления деталей с применением бионического дизайна (уменьшение толщины стенок, элементов, создания сотовых и иных структур) методом послойного лазерного сплавления металлических порошков;
- увеличить коэффициент использования материала при изготовлении и ремонте сложнопрофильных деталей ГТД до уровня 0,8 за счет использования аддитивных технологий, не требующих использования литейного оборудования, проектирования и изготовления дорогостоящей литейной оснастки;
- снизить время проектирования и отработки технологий изготовления и ремонта сложнопрофильных деталей ГТД в 5-10 раз;
- снизить в 3 раза время изготовления и ремонта сложнопрофильных деталей ГТД за счет уменьшения сборочных единиц, а также исключить из технологического процесса изготовления и ремонта трудоемкие операции сварки и термической обработки;
- снизить до минимального значения количество брака изготавливаемых сложнопрофильных деталей ГТД за счет снижения влияния «человеческого фактора» при изготовлении и ремонте деталей (построение деталей методом послойного лазерного сплавления и ремонт методом лазерной газопорошковой наплавки проводятся в автоматическом режиме);
- осуществить трансформацию традиционных технологий изготовления и ремонта сложнопрофильных деталей ГТД в технологии нового поколения (шестого уклада) - изготовление и ремонт сложнопрофильных деталей ГТД за один технологический процесс (снижение трудоемкости изготовления в 10-30 раз).