«Всероссийский институт легких сплавов» (входит в Ростех, является стратегическим металлургическим предприятием) разработал новую технологию изготовления биметаллических деталей моноколес из жаропрочных титановых сплавов с применением метода горячего изостатического прессования (ГИП). Эта разработка позволила существенно повысить эксплуатационные характеристики моноколес для газотурбинных двигателей (ГТД), применяемых при строительстве военной и гражданской авиации, а также наземной техники.
Моноколесо представляет собой диск ГТД, изготовленный вместе с лопатками, соответственно, выпускается единая неразъемная деталь. Новый комбинированный деформационный технологический процесс ее производства включает ковку, ГИП и горячую объемную штамповку. Такой подход позволил изготовить моноколесо из композиции двух жаропрочных титановых сплавов с дифференцированной структурой. Дисковая часть была получена из сплава ВТ8, а лопаточная часть – из сплава ВТ25У.
В обеих зонах заготовки моноколеса из композиции сплавов ВТ8 – ВТ25У удалось получить функционально-дифференцированную структуру: в дисковой зоне величина макрозерна соответствует 5-му баллу, в лопаточной зоне – 2-3-му баллу стандартной шкалы макроструктур. Микроструктура в дисковой зоне соответствует 2–2а типу дисковой шкалы, в лопаточной зоне – 2-му типу стандартной лопаточной шкалы микроструктур (α+β) титановых сплавов.
Переходная зона моноколеса представляет собой зону высококачественного диффузионного соединения, без инородных включений и дефектов, связанных с нарушением сплошности материала. Соответствуют требованиям технического задания показатели конструкционной прочности, длительной прочности при повышенных температурах, а также выносливости на надрезанных образцах и трещиностойкости для различных зон и направлений заготовки моноколеса из композиции сплавов ВТ8 – ВТ25У. Результаты испытаний механических свойств при 20ºС и при повышенных температурах во всех зонах моноколеса из композиции сплавов ВТ8 – ВТ25У также стабильно соответствуют требованиям ТЗ.
Как пояснил ведущий инженер-технолог «ВИЛС» Павел Клевков: «Сейчас наиболее распространенным способом изготовления моноколес является их фрезерование из единой кованой или штампованной заготовки. Существенный недостаток этого способа заключается в невозможности получения оптимальной функционально-дифференцированной структуры в дисковой и лопаточной частях изделия. Такая структура необходима для повышения эксплуатационных характеристик. Кроме того, в процессе эксплуатации дисковая и лопаточная части моноколеса обычно работают при разных температурах. При этом вся деталь изготавливается из титанового сплава с повышенной жаропрочностью, соответствующей максимальной рабочей температуре. Новый комбинированный деформационный технологический процесс изготовления моноколеса с применением метода ГИП позволяет устранить эти недостатки».
Доклад о новой технологии был представлен ведущим инженером-технологом «ВИЛС» Павлом Клевковым на III Международном форуме двигателестроения, который проходил в Москве с 4 по 6 апреля 2018 года. Организатором форума выступило АО «ОДК», устроителем – Ассоциация «Союз авиационного двигателестроения» (АССАД). В рамках мероприятия прошел научно-технический конгресс, на котором были рассмотрены вопросы создания и производства двигателей различного назначения, проблемные вопросы их жизненного цикла, вопросы создания новых материалов, технологических процессов и оборудования. Предприятия двигателестроения, в том числе «ВИЛС», представили передовую продукцию и новейшие разработки на выставке форума.
Справка.
Термин «моноколесо» используют российские конструктора-разработчики. Зарубежные специалисты называют соответствующую деталь «блиск» (англ. bladed disk). Наряду с производством монолитного диска с лопатками существует технология, по которой лопатки изготавливаются отдельно и вставляются в специальные пазы в массивной ободной части диска, что утяжеляет изделие и делает его менее надежным.