В Перми нашли способ повысить прочность деталей ракетных двигателей
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно со специалистами АО «Протон-ПМ» разработали технологию модифицирования никелевого сплава, который используется для отлива деталей турбонасосного агрегата в ракетных и авиационных двигателях. Технология позволяет повысить свойства отливок деталей турбин и увеличить их прочность на 10%.
Материалам и технологии производства деталей турбонасосного агрегата, являющегося «сердцем» ракетного и авиационного двигателя, уделяется особое внимание. Их изготавливают методом литья из жаропрочных никелевых сплавов, что позволяет работать при высоких давлениях, оборотах и температурах.
Разрушение одной детали может привести к выходу из строя всего механизма. Обычно это происходит в тех местах, где механические свойства сплава снижены из-за несовершенства его кристаллического строения.
Ученые ПНИПУ и специалисты АО «Протон-ПМ» предлагают вводить в никелевые сплавы модификатор на основе карбонитридов, чтобы повысить прочность деталей, увеличить их качество и «выносливость». Такое преобразование сплавов не изменяет химическую формулу, а содержание компонентов соответствует нормативным значениям.
Готовый модификатор уменьшает размер зерна сплава, что увеличивает его пластичность, вязкость и устойчивость к деформациям.
Максим Рожков, заместитель главного металлурга АО «Протон-ПМ», магистр ПНИПУ:
- Существующие варианты позволяют сделать деталь прочнее либо с помощью технологических приемов, либо изменяя химическую формулу, что влияет на их характеристики. Наше решение помогло стабилизировать механические свойства жаропрочного никелевого сплава за счет ввода модифицирующего состава. Он повышает показатели прочности на 10–20% по сравнению с уровнем, заявленным конструкторами. Вместе с тем химическая формула сплава остается неизменной.
Модифицированный состав состоит из 0,25% алюминиевой стружки, 0,25% титановой губки и 0,5% мелкодисперсного порошка карбонитрида титана. Все компоненты перемешивают и спрессовывают в таблетку, а после вводят в расплав при 1520°C с последующим повышением до 1650°C и выдержкой в течение 2 минут. Затем температуру снижают до первоначальной и заливают расплав в керамическую форму.
Специалисты провели испытания полученного сплава, испытав на растяжение при разных температурах и исследовав его ударную вязкость.
Алексей Шумков, главный металлург АО «Протон-ПМ»:
— Мы установили, что комплексное модифицирование сплава повысило предел прочности на 10% и ударную вязкость на 30% по сравнению с серийным сплавом. Свойства улучшились за счёт равномерного распределения карбидных фаз по всему объему сплава. Такое упрочнение приводит к измельчению кристаллической структуры металла и снижению микропористости, что положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках деталей и готовых изделий.
Предложенная учеными технология модифицирования никелевого сплава уже апробирована в АО «Протон-ПМ».
Напомним, Пермский национальный исследовательский политехнический университет является участником Пермского НОЦ и ведет разработки в рамках технологического проекта «Передовые производственные технологии авиадвигателестроения».
