Московское АО «НПЦ газотурбостроения «Салют» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию Госкорпорации Ростех) в рамках совместной работы с ФГБОУ ВПО «МАИ (НИУ)» провело исследования нового отечественного связующего материала АЛЮМОКС, применение которого при изготовлении лопаток авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) позволит выйти на новый уровень развития технологии их литья и, соответственно, повысит их рабочие свойства, влияющие на эксплуатационные характеристики и ресурс двигателей.
«Салют» – это двигателестроительное предприятие, объединяющее в своей структуре научно-исследовательский институт, конструкторское бюро и производство. Текущие производственные задачи решаются головной площадкой в Москве и многочисленными филиалами предприятия. «Салют» занимается изготовлением и сервисным обслуживанием авиадвигателей АЛ-31Ф и его модификаций, АИ-222-25, узлов двигателей РД-33МК. Компания участвует в широкой кооперации предприятий ОДК по производству двигателей семейства ТВ7-117, ВК-2500 и ПД-14 и в других проектах.
«Основными направлениями совершенствования рабочих характеристик авиационных ГТД нового поколения являются повышение тяги и снижение массы, – говорит заместитель генерального директора – управляющий директор АО «НПЦ газотурбостроения «Салют» Виталий Клочков. – Новые требования к эффективности двигателя ставят перед нами важные задачи, в том числе, по применению новых материалов, максимально соответствующих условиям эксплуатации двигателей».
По словам заместителя главного металлурга «Салюта» Валерия Михайлова, развитие лопаток турбин с применением в процессе изготовления никелевых жаропрочных сплавов практически достигло своего предела.
«В то же время высокие температуры плавления и реакционная способность ряда композитных сплавов приводят к их взаимодействию с большинством огнеупорных материалов. Возможность применения для этих целей традиционных керамических материалов практически полностью исчерпана, или, в лучшем случае, значительно ограничена. Для надежного осуществления процесса высокоградиентной направленной кристаллизации требуется повысить рабочие температуры тигля и керамической формы до 1800ºС, что почти на 200ºС выше, чем в промышленной технологии. Обеспечение таких температур требует использования только безкремнеземистого связующего и тугоплавких огнеупорных материалов (оксидов иттрия, циркония, алюминия). Такое новое безкремнеземистое связующее было разработано в АО «ГНИИХТЭОС» на основе алюминий-органических соединений (АЛЮМОКС), а технологию изготовления на его основе литейных форм по выплавляемым моделям разработали специалисты кафедры «Технологии и системы автоматизированного проектирования металлургических процессов» МАИ, возглавляемой доктором технических наук, профессором Виктором Моисеевым. Первые опытные партии изготовленных форм были апробированы в совместной работе МАИ и «Салюта», – рассказывает Валерий Михайлов.
Полученные результаты показали, что связующее АЛЮМОКС обеспечивает высокую огнеупорность и химическую инертность формы к заливаемым жаропрочным сплавам при температурах до 1800ºС, позволяет создать оптимальную по термостойкости монооксидную форму огнеупора.
Металлографические исследования рабочих лопаток турбины высокого давления турбореактивного двигателя АИ-222-25 (предназначен для учебно-боевого самолета Як-130) показали, что при использовании даже комбинированной формы с двумя защитными слоями на связующем АЛЮМОКС глубина взаимодействия между металлом отливки и формой (металлооксидный слой) примерно в 7 раз меньше, чем на лопатках, изготовленных по серийной технологии, и не превышает 5 мкм. Кроме того, форма на основе нового связующего имеет более чем в два раза большую теплопроводность по сравнению с формой на основе этилсиликата, позволяя получать у лопаток с равноосной структурой зерен более стабильную макроструктуру, а в случае монокристаллических лопаток – сократить междендритное расстояние за счет увеличения температурного градиента.
«Таким образом, применение керамических форм с АЛЮМОКСом позволит значительно повысить качество литья и, соответственно, рабочие свойства лопаток, влияющие на эксплуатационные характеристики и ресурс ГТД, – говорит Валерий Михайлов. – Важно и то, что новая технология изготовления оболочковой формы, разработанная в МАИ, полностью вписывается в традиционную технологию, практически без изменения аппаратурного обеспечения».
«Одновременно на кафедре «Технологии и системы автоматизированного проектирования металлургических процессов» совместно с АО «ГНИИХТЭОС» активно ведутся работы по отработке технологии состава форм для литья титановых и интерметаллидных Ti-Al сплавов, а также сплавов на основе ниобия. Кроме этого, имеются положительные результаты в области изготовления стержней и тиглей на основе АЛЮМОКС», – отмечает профессор Виктор Моисеев.
Ранее в этом году на «Салюте» были испытаны и внедрены новые титановые и никелевые материалы, предназначенные для перспективных российских авиационных двигателей.
