Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Разработка российских коррозионностойких жаропрочных никелевых сплавов для турбинных лопаток стационарных ГТУ

Н. В. Петрушин, Э. Г. Римша, С. А. Луцкая, Ю. В. Артеменко

Аннотация


Представлены результаты компьютерного конструирования и экспериментальных исследований новых литейных коррозионностойких жаропрочных никелевых сплавов для турбинных лопаток стационарных газотурбинных установок — поликристаллического сплава марки ВЖЛ23 и монокристаллического сплава марки ВЖМ9. Исследованы микроструктура, а также локальный химический состав отливок из сплавов после литья и термической обработки. Для разработанных сплавов определены характеристики кратковременной прочности в интервале температур 20 – 1050 °С, длительная прочность при температурах 800, 850, 900 и 1000 °С, многоцикловая усталость (изгиб с вращением) при 900 °С и малоцикловая усталость (контролируемый параметр — осевая деформация) при 700 °С. Показано, что сплав марки ВЖЛ23 по характеристикам кратковременной и длительной прочности превосходит сплавы-аналоги, разработанные ранее в нашей стране, и не уступает зарубежным аналогам типа IN-792, а сплав марки ВЖМ9 — превосходит сплавы-аналоги типа CMSX-11B. Результаты подтверждают возможность импортозамещения зарубежных материалов–аналогов по применению.

DOI: 10.71527/EP.EN.2026.10.006

EDN: OCDVNQ


Ключевые слова


литейные коррозионностойкие жаропрочные никелевые сплавы, компьютерное конструирование, микроструктура, механические свойства

Полный текст:

PDF

Литература


Логунов А. В. Жаропрочные никелевые сплавы для лопаток и дисков газовых турбин. — Рыбинск: Газотурбинные технологии, 2017. — 854 с.

Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. В 2 кн. Кн. 2 / Под ред. Ч. Т. Симса, Н. С. Столоффа, У. К. Хагеля; пер. с англ. — М.: Металлургия, 1995. — 384 с.

Материалы и прочность деталей газовых турбин. В 2-х кн. Кн. 1. — Рыбинск: Газотурбинные технологии, 2010. — 605 с.

Каблов Е. Н. Монокристаллический жаропрочный никелевый сплав нового поколения с низкой плотностью / Е. Н. Каблов, О. Г. Оспенникова, Н. В. Петрушин, Е. М. Висик // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2. С. 14 – 25. DOI: 10/18577/2071-9140-2015-0-2- 14-25.

Фундаментальные и прикладные исследования в области создания литейных жаропрочных никелевых и интерметаллидных сплавов и высокоэффективных технологий изготовления деталей ГТД. Сб. докладов Всероссийской науч.-технической конф. Москва, 9 ноября 2017 г. — М.: ВИАМ, 2017. — 343 с.

Оспенникова О. Г. Разработка научных основ создания нового поколения литейных жаропрочных наноструктурированных никелевых сплавов пониженной плотности с требуемым комплексом механических свойств: дис. … доктор техн. наук: 05.16.09 / Оспенникова Ольга Геннадиевна; МГТУ им. Н. Э. Баумана. — М., 2018. — 321 с.

Елютин Е. С. Разработка жаропрочных никелевых сплавов V и VI поколений с повышенной длительной прочностью для монокристаллических лопаток перспективных авиационных ГТД: дис. … канд. техн. наук: 2.6.1 / Елютин Евгений Сергеевич; НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ. — М., 2023. — 200 с.

Никитин В. И. Коррозия и защита лопаток газовых турбин. — М.: Машиностроение, 1987. — 272 с.

Reed R. C. The Superalloys. Fundamentals and Applications. — Cambridge: United Kingdom at University Press, 2006. — 372 p.

Росс И. В., Симс Ч. Т. Сплавы на основе никеля. В кн. «Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок». В 2 кн. Кн. 1 / Под ред. Ч. Т. Симса, Н. С. Столоффа, У. К. Хагеля; пер. с англ. — М.: Металлургия, 1995. С. 128 – 174.

Кишкин С. Т. Научные основы легирования жаропрочных никелевых сплавов / С. Т. Кишкин, А. В. Логунов, Н. В. Петрушин, Г. М. Глезер, Е. А. Кулешова, С. Г. Морозова // Вопросы авиационной науки и техники. Сер. «Авиационные материалы». Вып. «Методы исследования конструкционных материалов». — М.: ВИАМ, 1987. С. 6 – 18.

Мин П. Г. Разработка коррозионностойких жаропрочных никелевых сплавов и технологии их производства с целью импортозамещения / П. Г. Мин, В. В. Сидоров, В. Е. Вадеев, В. В. Крамер // Электрические станции. 2020. № 2 (1063). С. 8 – 15.

Сидоров В. В., Мин П. Г., Артеменко Ю. В. Влияние редкоземельных элементов на стойкость монокристаллов жаропрочного сплава ВЖЛ738М к хлоридной коррозии // Коррозия: материалы, защита. 2018. № 11. С. 1 – 7. DOI: 10.31044/1813-7016-2018-0-11-1-7.

Epishin A. I., Link T., Nolze G., Svetlov I. L., Bokshtein B. S., Rodin A. O., Salivan-Neumann R., Oder G. Diffusion processes in multicomponent nickel base superalloy–nickel system. The Physics of Metals and Metallography. 2014. Vol. 115. No. 1. P. 21 – 29. DOI: 10.1134/S0031918X14010050.

Каблов Е. Н., Светлов И. Л., Петрушин Н. В. Жаропрочные никелевые сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой (часть 1) // Материаловедение. 1997. № 4. С. 32 – 39.

Каблов Е. Н., Петрушин Н. В. Компьютерный метод конструирования литейных жаропрочных никелевых сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2004. № 1. С. 3 – 21.

Морозова Г. И. Компенсация дисбаланса легирования жаропрочных никелевых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. № 12 (690). С. 52 – 56.

Самойлов А. И. Аналитический метод оптимизации легирования жаропрочных никелевых сплавов / А. И. Самойлов, Г. И. Морозова, А. И. Кривко, О. С. Афоничева // Материаловедение. 2000. № 2. С. 14 – 17.

Morinaga M., Yukawa N., Adachi H., Ezaki H. New phacomp and its applications to alloy design. Superalloys 1984. Pennsylvania: Minerals, Metals & Materials Society. 1984. P. 523 – 532. DOI: 10.7449/1984/Superalloys_1984_523_532.

Кузьмина Н. А. Ростовые структурные дефекты в монокристаллах никелевых жаропрочных сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2022. № 3. С. 15 – 26. DOI: 10.18577/2713-0193-2022- 0-3-15-26.

Ечин А. Б., Дейнега Г. И., Нарский А. Р. Новые разработки НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ в области материалов для литейных процессов жаропрочных сплавов // Труды ВИАМ. 2023. № 8. С. 13 – 24. DOI: 10.18577/2307-6046-2023- 0-8-13-24.

Висик Е. М. Исследование влияния условий направленной кристаллизации на структуру литых лопаток из жаропрочных никелевых сплавов / Е. М. Висик, Е. В. Филонова, А. Б. Ечин, Е. Б. Чабина // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. № 5 (88) С. 34 – 41. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-5-34-41.

ГОСТ 1497–2023. Металлы. Методы испытаний на растяжение. М.: ФГБУ «РСТ», 2024. — 49 с.

ГОСТ 9651–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах. М., 1984. — 6 c.

ГОСТ 10145–81. Металлы. Метод испытания на длительную прочность. М.: Изд-во стандартов, 1981. — 9 с.

ГОСТ 25.502–79. Расчёты и испытания на прочность в машиностроении. М., 1979. — 25 с.

Соловьёв А. Е. Проведение статических испытаний при растяжении на машинах фирмы Zwick / Roell / А. Е. Соловьёв, С. А. Голынец, К. К. Хвацкий, И. Р. Асланян // Труды ВИАМ. 2015. № 8. С. 88 – 90. DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-8- 12-12.

Горбовец М. А., Беляев М. С., Рыжков П. В. Сопротивление усталости жаропрочных никелевых сплавов, полученных методом СЛС // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 3 (52). С. 50 – 55. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-3-50-55.

Горбовец М. А., Ходинев И. А., Рыжков П. В. Малоцикловая усталость при высоких температурах жаропрочного никелевого сплава, полученного селективным лазерным сплавлением // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 4. С. 65 – 73. DOI: 10.18577/2071-9140- 2019-0-4-65-73.

Каблов Е. Н., Голубовский Е. Р. Жаропрочность никелевых сплавов. — М.: Машиностроение, 1998. — 463 с.

Петрушин Н. В. Механические свойства коррозионностойкого жаропрочного никелевого сплава ВЖЛ23 / Н. В. Петрушин, С. А. Голынец, Э. Г. Римша, П. В. Рыжков // Труды ВИАМ. 2023. № 8. С. 3 – 12. DOI: 10.18577/2307-6046- 2023-0-8-3-12.

Петрушин Н. В. Конструирование коррозионностойкого жаропрочного никелевого сплава ВЖМ9 для монокристаллических лопаток газовых турбин / Н. В. Петрушин, Э. Г. Римша, С. А. Луцкая, Н. С. Дмитриев // Труды ВИАМ. 2023. № 5. С. 3 – 20. DOI: 10.18577/2307-6046- 2023-0-5-3-20.

Erickson G. L., Harris K. DS and SX superalloys for industrial gas turbines // In: Material for advanced engineering. Part II. Proc. Conf. Liege (Belgium) 3 – 4 Oct. 1994. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht, Boston, London. P. 1055 – 1074.

Яковлев Е. И. Исследование и разработка процесса направленной кристаллизации с охлаждением форм аргоном для литья крупногабаритных лопаток газовых турбин: дис. … канд. техн. наук: 05.16.04 / Яковлев Евгений Иванович; АО «НПО «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения». — М., 2015. — 158 с.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


  998 – 2025 НТФ «Энергопрогресс»

Адрес редакции:
129090, г. Москва, ул. Щепкина, д. 8
Телефон: +7 495 234-74-21
E-mail: energetick@mail.ru, energetik@energy-journals.ru

 

Наши партнеры

          

Выставки: